JPH0859830A - Water-soluble self-doping conductive polymer and its production - Google Patents
Water-soluble self-doping conductive polymer and its productionInfo
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- JPH0859830A JPH0859830A JP20181495A JP20181495A JPH0859830A JP H0859830 A JPH0859830 A JP H0859830A JP 20181495 A JP20181495 A JP 20181495A JP 20181495 A JP20181495 A JP 20181495A JP H0859830 A JPH0859830 A JP H0859830A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は総括的には導電性ポリマ
ーの分野に関する。より詳細には、本発明はブレンステ
ッド酸基をポリマーの主鎖に共有結合させた水溶性自己
ドープ型( self-doped )導電性ポリマー及びその製造
方法に関する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates generally to the field of conductive polymers. More specifically, the present invention relates to a water-soluble self-doped conductive polymer having a Bronsted acid group covalently bonded to the main chain of the polymer and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来技術】電子及び他の産業において用いる導電性ポ
リマーについての要求は益々厳しくなっている。また、
電子部品の小型軽量化を可能とし及びそれ自体長期安定
性や優れた性能を有する材料の要求も増大している。BACKGROUND OF THE INVENTION The requirements for conductive polymers for use in the electronics and other industries are becoming ever more stringent. Also,
There is an increasing demand for materials that can be made smaller and lighter in weight and have long-term stability and excellent performance.
【0003】かかる要求を満足させるものとして、近年
新しい導電性高分子或はポリマー材料の開発が盛んに行
われてきており、また、かかる高分子化合物を利用する
用途についても多くの提案がなされてきている。例え
ば、ピー・ジェー・ナイグレイ(P.J.Nigrey)等はケミ
カルコミュニケーション(Chem.Comm )、1979年、
591頁以降にポリアセチレンを二次電池電極として用
いることを開示している。また、ジャーナル・オブ・エ
レクトロケミカル・ソサイァティ(J. Electrochem. So
c.)、1981年、1651頁以降、特開昭56−13
6469号、同57−121168号、同59−387
0号、同59−3872号、同59−3873号、同5
9−196566号、同59−196573号、同59
−203368号及び同59−203369号はポリア
セチレン、シツフ塩基を有するキナゾンポリマー、ポリ
アリーレンキノン類、ポリ−パラ−フェニレン、ポリ−
2,5−チエニレン等の高分子化合物が二次電池の電極
材料として使用され得ることを教示している。In order to satisfy such requirements, new conductive polymers or polymer materials have been actively developed in recent years, and many proposals have been made for uses of such polymer compounds. ing. For example, PJ Nigrey et al., Chemical Communication (Chem.Comm), 1979,
The use of polyacetylene as a secondary battery electrode is disclosed after page 591. Also, the Journal of Electrochemical Society (J. Electrochem. So
c.), 1981, p. 1651 and thereafter, JP-A-56-13
6469, 57-12168, and 59-387.
0, 59-3872, 59-3873, 5
9-196566, 59-196573, 59
Nos. 203,368 and 59-203369 are polyacetylene, quinazone polymers having Schiff base, polyarylenequinones, poly-para-phenylene, poly-.
It teaches that polymeric compounds such as 2,5-thienylene can be used as electrode materials for secondary batteries.
【0004】また、高分子化合物のその他の用途を提案
するものとして、ポリアニリン〔ジャーナル・オブ・エ
レクトロアナリティカル・ケミストリー、第111巻、
111頁(1980年)、エー・エフ・デイアズ等又は
同第161巻、419頁(1984年)、米山等〕、ポ
リピロール〔ジャーナル・オブ・エレクトロアナリティ
カル・ケミストリー、第149巻、101頁(1983
年)、エー・エフ・ディアズ等〕、ポリチオフェン〔ジ
ャーナル・ド・フィージク、第44巻、6月号、C3−
595頁(1983年)、エム・エー・ドルィ等、又は
ジャパン・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジック
ス、22巻、7号、L412頁(1983年)、金藤
ら〕のエレクトロクロミック材料への使用が挙げられ
る。In addition, as a proposal for other uses of polymer compounds, polyaniline [Journal of Electroanalytical Chemistry, Vol. 111,
111 pages (1980), A.F.D.Az et al. Or Vol. 161, 419 (1984), Yoneyama et al.], Polypyrrole [Journal of Electroanalytical Chemistry, 149, 101 (1983).
), A / F Diaz, etc.], polythiophene [Journal de Fijique, Vol. 44, June issue, C3-
595 (1983), M.A.Dry, etc., or Japan Journal of Applied Physics, Vol. 22, No. 7, L412 (1983), Kanto et al.] For use in electrochromic materials. To be
【0005】当分野において知られているこれら導電性
の高いポリマーは代表的にはアクセプター又はドナーに
よるドーピングプロセスにより導電性になる。アクセプ
タードーピングでは、アクセプタードープ型ポリマーの
主鎖を酸化し、それにより正の電荷をポリマー鎖に導入
する。同様に、ドナードーピングでは、ポリマーを還元
し、それにより負の電荷をポリマー鎖に導入する。ドー
プ型ポリマーの導電性を誘起するのは、外部よりポリマ
ー鎖に導入するこれら移動性の正或は負の電荷である。
加えて、このような「p−タイプ」(酸化)或いは「n
−タイプ」(還元)のドーピングは、ドーピングした後
に実質的に全ての電子構造の変化、例えば光学や赤外吸
収スペクトルの変化を含む変化を誘起する。These highly conductive polymers known in the art are typically rendered conductive by an acceptor or donor doping process. Acceptor doping oxidizes the main chain of the acceptor-doped polymer, thereby introducing a positive charge into the polymer chain. Similarly, donor doping reduces the polymer, thereby introducing a negative charge into the polymer chain. It is these mobile positive or negative charges introduced into the polymer chain from the outside that induce the conductivity of the doped polymer.
In addition, such "p-type" (oxidation) or "n-type"
-Type "(reduction) doping induces substantially all changes in electronic structure after doping, including changes in optical and infrared absorption spectra.
【0006】すなわち、従来のドーピング方法では、全
て、対イオンを外部のアクセプター或はドナー機能から
誘導している。中性及びイオン状態の間の電気化学的サ
イクルの間に、対イオンがポリマー本体を出たり入った
りしなければならない。外部より導入する対イオンのこ
の固体状態の拡散が循環プロセスにおいて律速段階とな
ることはしばしばである。これより、電気化学的或はエ
レクトロクロミックドーピング及び脱ドーピング操作に
おいてこの制限を解消し、それにより応答時間を短縮す
ることが望ましい。応答時間は、対イオンの移動に要す
る時間を短くできれば短縮し得ることを見出した。本発
明はこの知見に基づくものである。従来、水溶性の導電
性ポリマー或は自己ドープ型導電性ポリマーは知られて
いなかった。That is, in all of the conventional doping methods, counter ions are derived from an external acceptor or donor function. During the electrochemical cycle between neutral and ionic states, counterions must enter and exit the polymer body. This solid-state diffusion of counterions introduced from the outside is often the rate-determining step in the circulation process. Therefore, it is desirable to overcome this limitation in electrochemical or electrochromic doping and dedoping operations, thereby reducing the response time. It has been found that the response time can be shortened if the time required for the movement of counterions can be shortened. The present invention is based on this finding. Heretofore, a water-soluble conductive polymer or a self-doped conductive polymer has not been known.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は迅速にドーピン
グ及び脱ドーピングすることができ、従来技術の導電性
ポリマーに比べて安定なドーピング状態を長期に保つこ
とができる水溶性の自己ドープ型導電性ポリマー及びそ
の製造方法を提供する。本発明のポリマーの優れた性質
は導電性ポリマーを「自己ドーピング」状態で作り得
る、すなわち、導電性を付与する対イオンをポリマー自
体に共有結合させることができるという知見から生じ
る。よって、従来技術のポリマーと対照して、対イオン
を外部導入する必要を排除し、上述した律速拡散段階を
も同様に排除する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a water soluble self-doping conductive material that can be rapidly doped and undoped and that maintains a stable doping state for a long period of time as compared with the conductive polymer of the prior art. And a method for producing the same are provided. The superior properties of the polymers of the present invention result from the finding that conducting polymers can be made in a "self-doping" state, that is, a counterion imparting conductivity can be covalently attached to the polymer itself. Thus, in contrast to prior art polymers, the need for externally introducing counterions is eliminated, as is the rate limiting diffusion step described above.
【0008】本発明のポリマーは少なくとも約1S/cm
程度の導電率を示すことができる。自己ドープ型ポリマ
ーは電気化学セルにおける電極として、エレクトロクロ
ミックディスプレー、電界効果トランジスター、ショッ
トキーダイオード等における導電層として、或は迅速な
ドーピングカイネティクスを示す高導電性ポリマーが望
ましい数多くの用途において使用することができる。The polymers of this invention have at least about 1 S / cm.
It can exhibit a degree of conductivity. Self-doped polymers are used as electrodes in electrochemical cells, as conductive layers in electrochromic displays, field effect transistors, Schottky diodes, etc., or in many applications where highly conductive polymers with rapid doping kinetics are desired. be able to.
【0009】本発明は、最も広い態様において、複数の
モノマー単位から成り、該単位の約0.01〜100モ
ル%は少なくとも1つのブレンステッド酸基を共有結合
させて成る、主鎖に沿ってπ電子共役系を有する導電性
自己ドープ型ポリマー及びその製造方法を指向するもの
である。本発明は該ポリマーの両性イオン形をも含む。
本発明の自己ドープ型ポリマーの主鎖骨格を形成するこ
とができるポリマー鎖には、例えばポリピロール、ポリ
チオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリアニリン、ポ
リ−p−フェニレン及びこれらのコポリマーが含まれ
る。The invention, in its broadest aspect, comprises a plurality of monomeric units, about 0.01 to 100 mol% of said units covalently bound to at least one Bronsted acid group, along a backbone. The present invention is directed to a conductive self-doped polymer having a π-electron conjugated system and a method for producing the same. The present invention also includes zwitterionic forms of the polymers.
Polymer chains that can form the backbone skeleton of the self-doping polymers of the present invention include, for example, polypyrrole, polythiophene, polyisothianaphthene, polyaniline, poly-p-phenylene and copolymers thereof.
【0010】好ましい具体例では、上述した自己ドープ
型導電性ポリマーは下記の構造(I)或は(II)から
選ぶ繰り返し構造を有し、それらの製造方法と共に提供
する:In a preferred embodiment, the above-mentioned self-doping conductive polymer has a repeating structure selected from the following structures (I) and (II), and a method for producing them is provided:
【化8】 Embedded image
【化9】 ここで、I式においてHtはヘテロ基であり、Y1 は水
素または−R1 −X−M1 であり;M1 は酸化した場合
に一価カチオンを生じる原子或は基であり;Xはブレン
ステッド酸アニオンであり;R1 は炭素数1〜10の線
状或は枝分れアルキレン、エーテル、エステル或はアミ
ド成分である。II式において、Y2 、Y3 及びY4 は
独立に水素及び−R2 −X−M2 から成る群より選び、
R2 は存在しないかあるいは炭素数1〜10の線状又は
枝分れアルキレン、エーテル、エステルあるいはアミド
成分であり、M2 は酸化した場合に一価カチオンを生じ
る原子或は基である。[Chemical 9] Here, in the formula I, Ht is a hetero group, Y 1 is hydrogen or —R 1 —X—M 1 ; M 1 is an atom or group that produces a monovalent cation when oxidized; X is Bronsted acid anion; R 1 is a linear or branched alkylene, ether, ester or amide component having 1 to 10 carbon atoms. In formula II, Y 2 , Y 3 and Y 4 are independently selected from the group consisting of hydrogen and —R 2 —X—M 2 .
R 2 is absent or is a linear or branched alkylene, ether, ester or amide component having 1 to 10 carbon atoms and M 2 is an atom or group which produces a monovalent cation when oxidized.
【0011】発明の更に別の好ましい具体例では、下記
の(Ia)或は(IIa)に従う繰返しの両性イオン構
造を有する水溶性自己ドープ型導電性ポリマー及びそれ
らの製造方法を提供する:In yet another preferred embodiment of the invention, there are provided water-soluble self-doping conductive polymers having a repeating zwitterionic structure according to (Ia) or (IIa) below and a process for their preparation:
【化10】 [Chemical 10]
【化11】 (式中、Ht、R1 、R2 及びXは先に規定した通りで
ある)。本発明は更に、上記の自己ドープ型ポリマーを
製造するのに有用なモノマー、ポリマーの合成方法及び
ポリマーを用いた装置を指向するものである。[Chemical 11] (In the formulae, Ht, R 1 , R 2 and X are as defined above). The present invention is further directed to monomers useful in making the above-described self-doping polymers, methods of synthesizing the polymers, and apparatus using the polymers.
【0012】「導電性」なる用語はイオン化原子或は電
子を通すことによって電荷を伝達する能力を言う。「導
電性」化合物とは移動性イオン或は電子を包含する或は
加入させた化合物、並びに酸化して移動性イオン或は電
子を包含する或は加入させることができる化合物を含
む。「自己ドープ型」なる用語は、慣用のドーピング技
法によってイオンを外部導入しないで物質を導電性にさ
せ得ることを意味する。本明細書中に開示する自己ドー
プ型ポリマーでは、対イオンになり得るものをポリマー
の主鎖に共有結合させる。「ブレンステッド酸」なる用
語は、1つ又はそれ以上のプロトン源として、すなわち
プロトン−ドナーとして働くことができる化学種を言う
のに用いる。例えば、マグローヒルの化学及び技術用語
辞典(第3版、1984年)、220頁を参照のこと。
これより、ブレンステッド酸の例はカルボン酸、スルホ
ン酸、リン酸を含む。The term "conductive" refers to the ability to transfer charge by passing ionized atoms or electrons. "Conductive" compounds include compounds that contain or add mobile ions or electrons, as well as compounds that can be oxidized to contain or add mobile ions or electrons. The term "self-doped" means that the material can be made conductive without the external introduction of ions by conventional doping techniques. In the self-doped polymers disclosed herein, those that can be counterions are covalently attached to the polymer backbone. The term “Bronsted acid” is used to refer to a chemical species that can act as one or more proton sources, ie, proton-donors. See, for example, McGraw-Hill's Dictionary of Chemistry and Technical Term (3rd Edition, 1984), page 220.
Thus, examples of Bronsted acids include carboxylic acids, sulfonic acids, phosphoric acids.
【0013】本明細書中で用いる通りの「ブレンステッ
ド酸基」なる用語は、上に規定した通りのブレンステッ
ド酸、ブレンステッド酸アニオン(すなわち、プロトン
を取り去った場合)、ブレンステッド酸アニオンと一価
のカチオン性対イオンとを会合させたブレンステッド酸
の塩を意味する。本明細書中で用いる通りの「モノマー
単位」とはポリマーの繰り返し構造単位を言う。特定の
ポリマーの個々のモノマー単位は、ホモポリマーの場合
のように同一であっても或はコポリマーの場合のように
異なってもよい。The term "Bronsted acid group" as used herein refers to Bronsted acids, Bronsted acid anions (ie, when the protons are removed), Bronsted acid anions, as defined above. By a salt of Bronsted acid associated with a monovalent cationic counterion. "Monomer unit" as used herein refers to a repeating structural unit of a polymer. The individual monomer units of a particular polymer may be the same, as in a homopolymer, or different, as in a copolymer.
【0014】本発明の水溶性自己ドープ型ポリマーはコ
ポリマーであっても或はホモポリマーであってもよく、
π電子共役系を与える主鎖構造を有する。かかるポリマ
ー主鎖の例はポリピロール、ポリチオフェン、ポリイソ
チアナフテン、ポリアニリン、ポリ−p−フェニレン及
びこれらのコポリマーを含み、これらに制限されない。
上述した本発明のポリマーは、1つ又はそれ以上の「−
R1 −X−M1 」または「−R2 −X−M2 」置換基で
置換したモノマー単位約0.01〜約100モル%から
構成されるのがよい。高導電率を必要とする用途では、
本発明の自己ドープ型ポリマーは、該置換基を有するモ
ノマー単位が通常少なくとも約10モル%、代表的には
約50〜100モル%から構成されるのがよい。半導体
の用途では、該基を有するモノマー単位は約10モル%
より少ないのが普通であるが、約0.1〜約0.01モ
ル%程に少ないことが時にはある。The water soluble self-doping polymer of the present invention may be a copolymer or a homopolymer,
It has a main chain structure that gives a π-electron conjugated system. Examples of such polymer backbones include, but are not limited to, polypyrrole, polythiophene, polyisothianaphthene, polyaniline, poly-p-phenylene and copolymers thereof.
The above-described polymers of the present invention include one or more "-
R 1 -X-M 1 "or" -R 2 -X-M 2 "may be composed of substituted monomer units from about 0.01 to about 100 mole% with a substituent. For applications requiring high conductivity,
The self-doping polymer of the present invention is preferably composed of at least about 10 mol% of the monomer unit having the substituent, typically about 50 to 100 mol%. In semiconductor applications, the monomer unit containing the group is about 10 mol%
Smaller amounts are common, but sometimes as low as about 0.1 to about 0.01 mol%.
【0015】I及びIa式によって表わすポリヘテロサ
イクルモノマー単位は、−R1 −X−M1 置換基により
一置換か或は二置換のいずれかを表わしたモノマー単位
を含む。同様に、II及びIIa式で表わすポリアニリ
ンモノマー単位は、「−R2−X−M2 」置換基1、
2、3又は4個で置換したモノマー単位を含む。本発明
の自己ドープ型ポリマーは、これらの異なるタイプの置
換されたモノマー単位を含むコポリマーをも同様に意図
する。本発明の自己ドープ型ホモポリマー及びコポリマ
ーの両方において、ポリマーの約0.01〜100モル
%がブレンステッド酸基を備えるべきである。The polyheterocycle monomer units represented by formulas I and Ia include monomer units that are either mono- or di-substituted by the --R 1 --X--M 1 substituent. Similarly, the polyaniline monomer unit represented by the formulas II and IIa has a “—R 2 —X—M 2 ” substituent group 1,
It contains monomer units substituted with 2, 3 or 4 units. The self-doping polymers of the present invention likewise contemplate copolymers containing these different types of substituted monomer units. In both the self-doped homopolymers and copolymers of the present invention, about 0.01 to 100 mol% of the polymer should have Bronsted acid groups.
【0016】好ましい具体例では、本発明の自己ドープ
型ポリマーには上記I或はII式で与える電気的に中性
のポリマーが含まれる。ポリマーを導電性にさせるため
に、ポリマーを酸化して少なくとも1つのM1 またはM
2 成分を除き及びIa或はIIaに従う繰り返しの両性
イオン構造を含有するポリマーを生じなければならな
い。好ましい具体例において、例えばHtはNH、S、
O、Se及びTeから成る群より選ぶのがよく;M1 は
それぞれ独立にNa、Li或はKにするのがよく;M2
はそれぞれ独立にH、Na、Li或はKにするのがよ
く;XはCO2 、SO3 或はHPO3 にするのがよく;
R1 は直鎖のアルキレン或はエーテル基〔すなわち、−
(CH2 )X −或いは−(CH2 )y O(CH2 )Z −
(ここで、x及び(y+2)は1〜約10である)〕で
あり、R2 が存在する場合には上記R1 と同様の二価基
である。特に好ましい具体例では、HtはNH或はSで
あり;M1 はLi或はNaであり;M2 はH、Li或は
Naであり;XはCO2 或はSO3 であり;R1 および
R2 は炭素数2〜約4の線状アルキルであり;ポリマー
中の置換したモノマー単位は−R1 −X−M1 基又は−
R2 −X−M2 基で一置換か或いは二置換されている。In a preferred embodiment, the self-doping polymers of the present invention include the electrically neutral polymers given by Formula I or II above. In order to render the polymer conductive, the polymer is oxidized to at least one M 1 or M
A polymer containing two components and repeating zwitterionic structure according to Ia or IIa must be produced. In a preferred embodiment, for example, Ht is NH, S,
It is preferred to select from the group consisting of O, Se and Te; M 1 is independently Na, Li or K; M 2
Are each independently H, Na, Li or K; X is preferably CO 2 , SO 3 or HPO 3 ;
R 1 is a linear alkylene or ether group [that is,-
(CH 2) X - or - (CH 2) y O ( CH 2) Z -
(Where x and (y + 2) are from 1 to about 10)], and when R 2 is present, it is a divalent group similar to the above R 1 . In a particularly preferred embodiment, Ht is NH or S; M 1 is Li or Na; M 2 is H, Li or Na; X is CO 2 or SO 3 ; R 1 And R 2 is a linear alkyl having 2 to about 4 carbon atoms; the substituted monomer units in the polymer are —R 1 —X—M 1 groups or —
Monosubstituted or disubstituted with R 2 -X-M 2 group.
【0017】ポリマーの両性イオン形を「脱ドーピング
する」ためには、電荷をドーピングで用いたのと反対方
向に供給すればよい(代りに、温和な還元剤を上で検討
した通りに用いてもよい)。M1 又はM2 をポリマー中
に移動させてX- アニオンを中和する。こうして、脱ド
ーピングプロセスはドーピングプロセスと同じように速
い。To "undop" the zwitterionic form of the polymer, the charge may be provided in the opposite direction to that used in the doping (alternatively, a mild reducing agent may be used as discussed above). Good). M 1 or M 2 is transferred into the polymer to neutralize the X − anion. Thus, the undoping process is as fast as the doping process.
【0018】スキームI及びスキームIIは上記のポリ
マー(モノ置換の具体例を示す)の酸化及び還元、すな
わち電気的に中性形と導電性の両性イオン形との間の転
移を表わす:Schemes I and II represent the oxidation and reduction of the above polymers (which are mono-substituted examples), ie the transition between an electrically neutral and a conductive zwitterionic form:
【化12】 [Chemical 12]
【化13】 XがCO2 である場合、上記の電気化学的転移はpH1
〜6の範囲で強くpHに依存する(I式でX=CO2 及
びM1 =Hの場合のpKaは約5である)。他方、Xが
SO3 である場合、上記の電気化学反応は約1〜14の
ずっと広いpHの範囲にわたりpHに依存しない(II
式でX=SO3 及びM2 =Hの場合のpKaは約1であ
る)。すなわち、スルホン酸誘導体は実質的には任意の
pHにおいて荷電され、カルボン酸誘導体は低い水素イ
オン濃度においてのみ電荷される。それで、ポリマー溶
液のpHを変えることにより、カルボン酸誘導体の導電
率を調節することが対応するスルホン酸誘導体の導電率
を調節するよりも一層容易である。すなわち、特定のブ
レンステッド酸成分の選定は特定の用途による。これら
の自己ドープ型ポリマーが有する導電率は少なくとも約
1S/cm(例14参照)であり、及び代表的には鎖の長
さは約数百のモノマー単位である。代表的には鎖の長さ
はモノマー単位約100〜約500の範囲であり、高い
分子量が好ましい。[Chemical 13] When X is CO 2 , the above electrochemical transition is pH 1
It strongly depends on pH in the range of ˜6 (pKa is about 5 for X = CO 2 and M 1 ═H in formula I). On the other hand, when X is SO 3 , the above electrochemical reaction is pH independent over a much wider pH range of about 1-14 (II
In the formula, pKa is about 1 when X = SO 3 and M 2 = H). That is, sulfonic acid derivatives are charged at virtually any pH, and carboxylic acid derivatives are charged only at low hydrogen ion concentrations. Thus, adjusting the conductivity of the carboxylic acid derivative by changing the pH of the polymer solution is easier than adjusting the conductivity of the corresponding sulfonic acid derivative. That is, the selection of a particular Bronsted acid component depends on the particular application. The conductivity of these self-doping polymers is at least about 1 S / cm (see Example 14), and typically the chain length is about several hundred monomer units. Typically chain lengths range from about 100 to about 500 monomer units with higher molecular weights being preferred.
【0019】本発明の実施において、ブレンステッド酸
基をポリマー中に導入してポリマーを自己ドープ型にす
る。ブレンステッド酸基をポリマーに導入した後に重合
或は共重合させてもよい。また、I或はII式の未置換
のモノマーのポリマー或はコポリマーを作り、次いでブ
レンステッド酸基をポリマーの主鎖に導入してもよい。In the practice of the present invention, Bronsted acid groups are introduced into the polymer to render the polymer self-doped. The Bronsted acid group may be introduced into the polymer and then polymerized or copolymerized. It is also possible to prepare a polymer or copolymer of an unsubstituted monomer of formula I or II and then introduce Bronsted acid groups into the polymer backbone.
【0020】ブレンステッド酸基をポリマー或はポリマ
ーに共有結合させることは当分野の技術の範囲内であ
る。例えば、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル
・ソサィアティー、70巻、1556頁(1948)参
照。例として、スキームIIIに示す通りに、N−ブロ
モスクシンイミド(NBS)を用いてモノマー或はポリ
マー主鎖上のアルキル基をハロゲン化アルキルに連結す
ることができる:It is within the skill of the art to covalently bond the Bronsted acid groups to the polymer or polymers. See, for example, Journal of American Chemical Society, 70, 1556 (1948). As an example, N-bromosuccinimide (NBS) can be used to link an alkyl group on the monomer or polymer backbone to an alkyl halide, as shown in Scheme III:
【化14】 次いで、ハロゲン化物をシアン化ナトリウム/水酸化ナ
トリウム或は亜硫酸ナトリウムで処理した後に加水分解
してそれぞれカルボン酸或はスルホン酸にする。この反
応をスキームIVに示す:Embedded image The halide is then treated with sodium cyanide / sodium hydroxide or sodium sulfite and then hydrolyzed to the carboxylic acid or sulfonic acid, respectively. This reaction is shown in Scheme IV:
【化15】 エーテル結合基を有するブレンステッド酸基の付加を示
す別の例をスキームVに示す:[Chemical 15] Another example showing the addition of Bronsted acid groups with ether linking groups is shown in Scheme V:
【化16】 Embedded image
【0021】本発明の実施において有用な種々のモノマ
ーの合成を下記の例1〜12に示す。本発明のポリマー
は、例えばエス・ホッタ等の Synth. Metals 9巻、3
81頁(1984年)に記載されている電気化学的方法
により、或はウドル( Wudl )等の J.Org.Chem. 49
巻、3382頁(1984年)、ウドル等のMol.Cryst.
Liq.Cryst. 118巻、199頁(1985年)、エム
・コバヤシ等の Synth.Metals. 9巻、77頁(198
4年)に記載されているような化学的カップリング法に
よって合成することができる。The synthesis of various monomers useful in the practice of the present invention is shown in Examples 1-12 below. The polymer of the present invention is, for example, Synth. Metals, Vol.
81 (1984) by the electrochemical method or by Wudl et al., J. Org. Chem. 49.
Vol. 3, 382 (1984), Udol et al., Mol. Cryst.
Liq. Cryst. 118, 199 (1985), M. Kobayashi et al., Synth.Metals. 9, 77 (198)
4 years) and can be synthesized by a chemical coupling method.
【0022】電気化学的方法によって(すなわち、陽極
上に)合成する場合、高分子両性イオンを直接作る。化
学的カップリング法を用いれば中性ポリマーが生ずる。
好ましい合成法は電気化学的方法であり、下記に置換ポ
リヘテロサイクリック種の製造により例示する。 モノマーIII:When synthesized by the electrochemical method (ie on the anode), the polymeric zwitterion is made directly. Use of the chemical coupling method produces a neutral polymer.
The preferred synthetic method is the electrochemical method, exemplified below by the preparation of substituted polyheterocyclic species. Monomer III:
【化17】 (式中、Ht、Y1 、R1 、X及びM1 は上述した通り
である)を含有する溶液を、電解質、例えばテトラブチ
ルアンモニウムパークロレート或はテトラブチルアンモ
ニウムテトラフルオロボレートと共に、適当な溶媒、例
えばアセトニトリル(スルホン酸誘導体、すなわちX=
SO3 である場合に特に適している)中に与える。白
金、ニッケル、インジウムスズオキシド(ITO)を被
覆したガラス或は他の適当な材料の作用電極を準備し、
白金或はアルミニウム、好ましくは白金の対向電極(陰
極)を準備する。約0.5〜5mA/cm2 の電流を電極
にかけ、所望の重合の程度(或は基体上の高分子フィル
ムの厚さ)に応じて電解重合反応を数分〜数時間行な
う。重合反応の温度は約−30℃〜約25℃の範囲にす
ることができるが、好ましくは約5℃〜約25℃であ
る。[Chemical 17] (Wherein Ht, Y 1 , R 1 , X and M 1 are as described above) together with an electrolyte such as tetrabutylammonium perchlorate or tetrabutylammonium tetrafluoroborate in a suitable solvent. , For example acetonitrile (sulfonic acid derivative, ie X =
Gives especially during suitable are) in the case of SO 3. Prepare a working electrode of platinum or nickel, indium tin oxide (ITO) coated glass or other suitable material,
A counter electrode (cathode) of platinum or aluminum, preferably platinum, is prepared. A current of about 0.5 to 5 mA / cm 2 is applied to the electrodes, and the electrolytic polymerization reaction is carried out for several minutes to several hours depending on the desired degree of polymerization (or the thickness of the polymer film on the substrate). The temperature of the polymerization reaction can be in the range of about -30 ° C to about 25 ° C, but is preferably about 5 ° C to about 25 ° C.
【0023】このようにして製造した両性イオン形ポリ
マーを中性の脱ドープ形に還元することは、電気化学的
還元により、或は任意の温和な還元剤、例えばアセトン
中のメタノール或はヨウ化ナトリウムで処理して行なう
ことができる。このプロセスは、反応の完了を確実にす
るために少なくとも数時間進行させるべきである。スル
ホン酸モノマー(X=SO3 )を炭素数1〜2のアルキ
ルエステル、例えばメチルエステルとして重合させ(例
14及び15を参照)、一方、カルボン酸誘導体(X=
CO2 )を酸の形で調製してもよい。スルホン酸誘導体
を重合させた後に、ヨウ化ナトリウム等による処理にお
いてメチル基を除去する。The reduction of the zwitterionic polymer thus prepared to the neutral, undoped form can be accomplished by electrochemical reduction or by any mild reducing agent such as methanol in acetone or iodination. It can be carried out by treating with sodium. This process should proceed for at least several hours to ensure completion of the reaction. Alkyl esters having 1 or 2 carbon atoms and a sulfonic acid monomer (X = SO 3), for example, by polymerizing a methyl ester (see Example 14 and 15), whereas, carboxylic acid derivative (X =
CO 2 ) may be prepared in the acid form. After polymerizing the sulfonic acid derivative, the methyl group is removed by treatment with sodium iodide or the like.
【0024】II及びIIa式によって表わされるポリ
アニリンは上記の通りにして電気化学的に合成すること
ができ、或はフェニレンジアミンを適当に置換したシク
ロヘキサンジオンと反応させて作ることができる。下記
のスキームVI(化43)はこの後者の合成を例示す
る:The polyaniline represented by the formulas II and IIa can be electrochemically synthesized as described above or can be prepared by reacting phenylenediamine with an appropriately substituted cyclohexanedione. Scheme VI below illustrates this latter synthesis:
【化18】 (R2 及びM2 は先に規定した通りである) I或はII式で表わされる異なるタイプのモノマーの共
重合は、上述した同じ手順に従って行なうことができ
る。好ましい具体例では、大部分のモノマーを上述した
通りに少なくとも1つの−R1 −X−M1 基又は−R2
−X−M2 基で置換する。Embedded image (R 2 and M 2 are as defined above) Copolymerization of different types of monomers of formula I or II can be carried out according to the same procedure described above. In a preferred embodiment, at least one of the majority of the monomer as described above -R 1 -X-M 1 group or -R 2
Substituted with -X-M 2 group.
【0025】I及びII式のポリマーの複合材料を、水
溶性ポリマー、例えばポリビニルアルコール(例17参
照)あるいは多糖と共に作ることができる。本発明の自
己ドープ型ポリマーは構造によってはかなり脆性になる
場合もあるので高分子材料を更に用いて複合材料を作る
ことにより、柔軟性が増し脆性の減少したポリマーが得
られる。1種又はそれ以上の追加の水溶性ポリマーをも
所定量含有するI或はII式によって与えるポリマーの
水溶液からフィルムをキャストすることができる。この
工程において手順上キーとなる基準はこれら2種又はそ
れ以上のポリマーを水に溶解することであるので、追加
のポリマーについての唯一の実用的制限は、ポリマーが
水溶性であることである。Composites of polymers of Formulas I and II can be made with water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol (see Example 17) or polysaccharides. Depending on the structure, the self-doping polymer of the present invention may be considerably brittle, and therefore by further using a polymer material to form a composite material, a polymer having increased flexibility and reduced brittleness can be obtained. The film can be cast from an aqueous solution of the polymer provided by Formula I or II which also contains a predetermined amount of one or more additional water soluble polymers. Since the procedural key criterion in this step is to dissolve these two or more polymers in water, the only practical limitation for the additional polymer is that it be water soluble.
【0026】本発明の自己ドープ型ポリマーは電気化学
セルにおける電極として用いられる、外来のドーパント
を必要とする慣用の導電性ポリマーを越える特有の利点
を提供する。対イオンがポリマーに共有結合されている
ため、セル容量は電解質の濃度や溶解度によって制限さ
れない。このことは、最適化セルでは、電解質及び溶媒
の全量を相当に低減することができ、こうして得られる
セルのエネルギー密度を高めることができる。新規な自
己ドーピング機構が与えるイオン輸送の容易に得られる
カイネティクスは、迅速な充電、放電並びに一層速いエ
レクトロクロミックスイッチングに至る。本発明のポリ
マーを用いて作られる電極は、これらのポリマーから或
はこれらのポリマーを被覆した慣用の基体から作ること
ができる。慣用の基体は、例えばインジウムスズオキシ
ドを被覆したガラス、白金、ニッケル、パラジウム或は
その他任意の適当な陽極材料を含むことができる。電極
として用いる場合、ポリマーの内部自己ドーピングはス
キームIによって表わす転移を生じる。The self-doped polymers of the present invention offer unique advantages over conventional conductive polymers used as electrodes in electrochemical cells, which require exogenous dopants. Because the counterion is covalently attached to the polymer, cell capacity is not limited by electrolyte concentration or solubility. This means that in optimized cells the total amount of electrolyte and solvent can be reduced considerably and the energy density of the cells thus obtained can be increased. The readily available kinetics of ion transport provided by the novel self-doping mechanism leads to rapid charge and discharge as well as faster electrochromic switching. Electrodes made with the polymers of the present invention can be made from these polymers or from conventional substrates coated with these polymers. Conventional substrates can include, for example, indium tin oxide coated glass, platinum, nickel, palladium or any other suitable anode material. When used as an electrode, internal self-doping of the polymer results in the transition represented by Scheme I.
【0027】本発明の自己ドープ型導電性ポリマーは、
また、長期の性能が、ドーパントイオンが絶えず移動性
でないことを要する種々のデバイス用途において用いる
のに、慣用の導電性ポリマーを越える特有の利点を提供
する。このような用途の例はショットキーダイオード、
電界効果型トランジスター等の加工を含む。自己ドープ
型ポリマーでは、ドーパントイオンはポリマー鎖に共有
結合されているため、イオンの拡散の問題(例えば、接
合部或はインターフェースの近辺)は解決される。更
に、本発明の導電性ポリマーは水溶性であるので、媒体
として簡便に水を用いることができ、有機溶媒を用いる
必要がなく、よって有機溶媒の使用に伴う不都合、例え
ば毒性、公害等を排除することができる。The self-doping type conductive polymer of the present invention is
Also, long-term performance offers unique advantages over conventional conductive polymers for use in various device applications where the dopant ions are not constantly mobile. Examples of such applications are Schottky diodes,
Including processing of field effect transistors. In self-doped polymers, the dopant ions are covalently attached to the polymer chain, thus eliminating the ion diffusion problem (eg, near the junction or interface). Furthermore, since the conductive polymer of the present invention is water-soluble, it is possible to conveniently use water as a medium, and it is not necessary to use an organic solvent, thus eliminating the disadvantages associated with the use of an organic solvent, such as toxicity and pollution. can do.
【0028】発明を好ましい特定の実施態様に関して説
明したが、上記の説明並びに下記の実施例は請求の範囲
に記載する発明の範囲を例示するもので制限するつもり
のものではない。発明の範囲内のその他の態様、利点及
び変更は発明が関係する当業者にとり明白である。Although the invention has been described with reference to specific preferred embodiments, the above description and the following examples are not intended to limit the scope of the invention as claimed. Other aspects, advantages and modifications within the scope of the invention will be apparent to those skilled in the art to which the invention pertains.
【0029】[0029]
【実施例】実施例1 2,5−ジエトキシカルボニル−1,4−シクロヘキサ
ンジオン及びp−フェニレンジアミンのポリマーの製造 新しく蒸留したブタノール380 ml 中に8.51g
(33.21ミリモル)の2,5−ジエトキシカルボニ
ル−1,4−シクロヘキサンジオンを懸濁させ、これに
ブタノール20 ml に3.59gのp−フェニレンジア
ミンを溶解したものを添加し、次いで40 ml の氷酢酸
を加えた。得られた混合物を加熱して36時間還流さ
せ、次いで12時間酸素に露出して還流させ、熱ろ過
し、固形分をエーテルで洗滌し、ソックスレー抽出器中
で次の溶剤により抽出した。クロロホルム(6日間)、
クロルベンゼン(5日間)、及びエーテル(4日間)。
この処理により、黒ずんだ固形分8.42gが得られ
た。元素分析及びIRは次の通りであった。EXAMPLES Example 1 2,5-Diethoxycarbonyl-1,4-cyclohexa
Preparation of Polymer of Ndione and p-Phenylenediamine 8.51 g in 380 ml of freshly distilled butanol
(33.21 mmol) 2,5-diethoxycarbonyl-1,4-cyclohexanedione was suspended and to this was added 3.59 g p-phenylenediamine dissolved in 20 ml butanol, then 40 ml glacial acetic acid was added. The resulting mixture was heated to reflux for 36 hours, then exposed to oxygen for 12 hours at reflux, hot filtered, the solids washed with ether and extracted in a Soxhlet extractor with the following solvents. Chloroform (6 days),
Chlorbenzene (5 days), and ether (4 days).
This treatment yielded 8.42 g of dark solids. Elemental analysis and IR were as follows.
【0030】計算値: C 65.84、 H 6.1
4、 N 8.53 C13H18N2 O4 実測値: C 65.55、 H 6.21、 N
8.71。 IR(KBr、νcm-1):3350w、3240w、2
980m、2900w、1650s、1600s、15
10s、1440m、1400w、1220s、109
0w、1065s、820w、770m、600w、4
95w。Calculated: C 65.84, H 6.1
4, N 8.53 C 13 H 18 N 2 O 4 Found: C 65.55, H 6.21, N
8.71. IR (KBr, νcm −1 ): 3350w, 3240w, 2
980m, 2900w, 1650s, 1600s, 15
10s, 1440m, 1400w, 1220s, 109
0w, 1065s, 820w, 770m, 600w, 4
95w.
【0031】実施例2 ポリアニリンジカルボン酸 実施例1で得たポリマー(ジエステル体)をDMF中に
懸濁し、水酸化ナトリウム50%(重量)水溶液で処理
した。反応混合物を厳密な無酸素条件下で100℃に4
8時間加熱した。混合物を冷却し、それを氷/HCl 混
合物中に投入し、ろ過した。この生成物の赤外吸収(I
R)スペクトルは次の固有吸収ピークを示した。 31
00〜2900 br 、1600s、1500s、121
0s。 Example 2 Polyaniline dicarboxylic acid The polymer (diester form) obtained in Example 1 was suspended in DMF and treated with a 50% (weight) aqueous sodium hydroxide solution. The reaction mixture was heated to 100 ° C under rigorous anoxic conditions.
Heated for 8 hours. The mixture was cooled, poured into an ice / HCl mixture and filtered. Infrared absorption of this product (I
R) spectrum showed the following intrinsic absorption peak. 31
00-2900 br, 1600s, 1500s, 121
0s.
【0032】参考例1 2−(3−チエニル)−エチルメタンスルホネートの合
成 新しく蒸留した乾燥ピリジン10mlに2−(3−チエニ
ル)エタノール(アルドリッチケミカル社製)5.0g
(3.9×10-2モル)を溶解した溶液に、温度5〜1
0℃で、メタンスルホニルクロリド3.62ml(1.2
等量)をピリジン20mlに溶かした溶液を添加した。添
加は約15〜20分かけて徐々に行った。反応混合物を
室温において一晩撹拌し、次いで水とエーテルを入れた
分液漏斗に注ぎ入れて急冷した。層が分離され、水性相
をエーテルで3回抽出した。有機抽出分を合体し、10
%塩酸で1度抽出し、次いで水で抽出し、Na2 SO4
で乾燥した。溶剤を蒸発させ、5.3gの明褐色油(収
率65%)を得た。またtlc (CHCl3)は単一スポッ
トを示した。シリカゲルでクロマトグラフィー精製を行
って明黄色油を得た。 Reference Example 1 Combination of 2- (3-thienyl) -ethyl methanesulfonate
The formation of freshly distilled dry pyridine 10 ml 2-(3- thienyl) ethanol (Aldrich Chemical Co.) 5.0 g
(3.9 × 10 -2 mol) was dissolved in the solution, and the temperature was 5 to 1
At 0 ° C, 3.62 ml of methanesulfonyl chloride (1.2
Equivalent amount) in 20 ml of pyridine was added. The addition was done gradually over about 15-20 minutes. The reaction mixture was stirred at room temperature overnight and then poured into a separatory funnel containing water and ether to quench. The layers were separated and the aqueous phase was extracted three times with ether. Combine the organic extracts and combine
% Hydrochloric acid once, then water, Na 2 SO 4
Dried in. The solvent was evaporated to give 5.3 g of a light brown oil (yield 65%). Also, tlc (CHCl 3 ) showed a single spot. Chromatographic purification on silica gel gave a light yellow oil.
【0033】NMR(CDCl3、TMSに対するδ):
2.9s、3H;3.1t、2H;4.4t、2H;
7.0〜7.4m、3H。 IR(ニート、ν cm-1 ):3100w、2930w、
2920w、1415w、1355s、1335s、1
245w、1173s、1080w、1055w、97
0s、955s、903m、850m、825w、79
5s、775s、740w。 マススペクトル(MS)206.0。NMR (CDCl 3 , δ for TMS):
2.9s, 3H; 3.1t, 2H; 4.4t, 2H;
7.0-7.4 m, 3H. IR (neat, ν cm -1 ): 3100w, 2930w,
2920w, 1415w, 1355s, 1335s, 1
245w, 1173s, 1080w, 1055w, 97
0s, 955s, 903m, 850m, 825w, 79
5s, 775s, 740w. Mass spectrum (MS) 206.0.
【0034】参考例2 2−(3−チエニル)−エチルアイオダイドの合成 上記のメタンスルホネート(5.3g、2.6×10-2
モル)を、NaI 7.7g(2等量)の30mlアセト
ン溶液に加え、室温で24時間反応させた。沈澱したC
H3 SO3 Naをろ別した。ろ液を水に注ぎ込み、クロ
ロホルムで抽出し、有機相をMgSO4 で乾燥した。溶
剤を蒸発したところ、明褐色油が得られ、クロマトグラ
フィー精製して5.05gの明黄色油(収率82.5
%)を得た。NMR及びIRスペクトルは次の通りであ
った。 Reference Example 2 Synthesis of 2- (3-thienyl) -ethyl iodide The above methanesulfonate (5.3 g, 2.6 × 10 -2)
Mol) was added to a 30 ml acetone solution of 7.7 g (2 equivalents) of NaI, and the mixture was reacted at room temperature for 24 hours. Precipitated C
H 3 SO 3 Na was filtered off. The filtrate was poured into water, extracted with chloroform, and the organic phase was dried with MgSO 4 . Evaporation of the solvent gave a light brown oil which was chromatographically purified to give 5.05 g of a light yellow oil (yield 82.5
%) Was obtained. The NMR and IR spectra were as follows.
【0035】NMR(CDCl3、TMSに対するδ):
3.2m、4H;7.0〜7.4m、3H。 IR(KBr、ν cm-1 ):3100m、2960s、
2920s、2850w、1760w、1565w、1
535w、1450m、1428s、1415s、13
90w、1328w、1305w、1255s、122
2m、1170s、1152m、1100w、1080
m、1020w、940m、900w、857s、84
0s、810w、770s、695s、633m。 MS 238。NMR (CDCl 3 , δ for TMS):
3.2m, 4H; 7.0-7.4m, 3H. IR (KBr, ν cm −1 ): 3100 m, 2960 s,
2920s, 2850w, 1760w, 1565w, 1
535w, 1450m, 1428s, 1415s, 13
90w, 1328w, 1305w, 1255s, 122
2m, 1170s, 1152m, 1100w, 1080
m, 1020w, 940m, 900w, 857s, 84
0s, 810w, 770s, 695s, 633m. MS 238.
【0036】参考例3 2−(3−チエニル)エタンスルホン酸ナトリウムの合
成 Na2 SO3 5.347g(4.2×10-2モル)の水
溶液10mlに、上記アイオダイド5.05g(0.5等
量)を添加し、この反応混合物を70℃に45時間加熱
した。得られた混合物を蒸発乾固させ、クロロホルムで
洗滌して未反応アイオダイド(0.45g)を除去し、
またアセトンで洗滌してヨウ化ナトリウムを除去した。
残りの固形物は所望のナトリウム塩が過剰の亜硫酸ナト
リウムで汚染された混合物であり、これをさらに精製し
ないで次工程に用いた。NMR及びIRスペクトルは次
の通りであった。 Reference Example 3 Sodium 2- (3-thienyl) ethanesulfonate
5.05 g (0.5 equivalents) of the above iodide was added to 10 ml of an aqueous solution of 5.347 g (4.2 × 10 -2 mol) of formed Na 2 SO 3 and the reaction mixture was heated to 70 ° C. for 45 hours. . The resulting mixture was evaporated to dryness and washed with chloroform to remove unreacted iodide (0.45g),
Further, it was washed with acetone to remove sodium iodide.
The remaining solid was a mixture of the desired sodium salt contaminated with excess sodium sulfite, which was used in the next step without further purification. The NMR and IR spectra were as follows.
【0037】NMR(D2 O、TMSプロパンスルホネ
ートに対するδ):3.1s、4H;7.0〜7.4
m、3H; IR(KBr、νcm-1、Na2 SO3 ピークは差引):
1272m、1242s、1210s、1177s、1
120m、1056s、760m、678w。NMR (δ for D 2 O, TMS propane sulfonate): 3.1s, 4H; 7.0-7.4.
m, 3H; IR (KBr, νcm −1 , Na 2 SO 3 peak subtracted):
1272m, 1242s, 1210s, 1177s, 1
120m, 1056s, 760m, 678w.
【0038】参考例4 2−(3−チエニル)エタンスルホニルクロリドの合成 参考例3で調製した塩混合物2gの撹拌した懸濁液に、
2mlの蒸留塩化チオニルを滴下した。混合物を30分間
撹拌した。氷水で急冷して得た白色固形物をろ別し、ク
ロロホルム−ヘキサンから再結晶して800mgの白色結
晶を得た。融点は57〜58℃であった。NMR及びI
Rスペクトルは次の通りであった。 Reference Example 4 Synthesis of 2- (3-thienyl) ethanesulfonyl chloride To a stirred suspension of 2 g of the salt mixture prepared in Reference Example 3,
2 ml of distilled thionyl chloride was added dropwise. The mixture was stirred for 30 minutes. A white solid obtained by quenching with ice water was filtered off and recrystallized from chloroform-hexane to obtain 800 mg of white crystals. The melting point was 57-58 ° C. NMR and I
The R spectrum was as follows:
【0039】NMR(CDCl3、TMSに対するδ):
3.4m、2H;3.9m、2H;7.0〜7.4m、
3H。 IR(KBr、ν cm-1 ):3100w、2980w、
2960w、2930w、1455w、1412w、1
358s、1278w、1260w、1225w、11
65s、1075w、935w、865m、830m、
790s、770w、750m、678s、625m。 元素分析は次の通りであった。 計算値:C34.20、 H3.35、 Cl 16.8
3、 S30.43 C6 H7 Cl O2 S2 実測値:C34.38、 H3.32、 Cl 16.6
9、 S30.24NMR (CDCl 3 , δ for TMS):
3.4m, 2H; 3.9m, 2H; 7.0-7.4m,
3H. IR (KBr, ν cm −1 ): 3100w, 2980w,
2960w, 2930w, 1455w, 1412w, 1
358s, 1278w, 1260w, 1225w, 11
65s, 1075w, 935w, 865m, 830m,
790s, 770w, 750m, 678s, 625m. The elemental analysis was as follows. Calculated: C34.20, H3.35, Cl 16.8
3, S30.43 C 6 H 7 Cl O 2 S 2 Found: C34.38, H3.32, Cl 16.6
9, S30.24
【0040】参考例5 2−(3−チエニル)−エタンスルホン酸メチル(別
称:チオフェン−3−(2−エタンスルホン酸メチ
ル))の合成 上記の酸クロリド(上記参考例4により製造したもの)
105mg(5×10-4モル)を1.5 ml の新しく蒸留
した(モレキュラーシーブから)メタノールに加えた撹
拌溶液に、室温で1.74 ml (2等量)のN,N−ジ
イソプロピルエチルアミンを添加した。反応混合物を1
2時間撹拌し、次いで希塩酸水溶液を収容する分液漏斗
に移し、クロロホルムで3回抽出した。有機相を合体
し、Na2SO4 で乾燥し、溶剤を留去して明褐色油を
得た。これをクロロホルムを溶離剤としてシリカゲルで
クロマトグラフィー精製した。得られた無色固形分(収
率90%)は融点27〜28.5℃を有した。IR、紫
外、NMRスペクトルは次の通りであった。 Reference Example 5 Methyl 2- (3-thienyl) -ethanesulfonate (others)
Name: thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid methyl ester)
The above-mentioned acid chloride (produced according to Reference Example 4 above)
To a stirred solution of 105 mg (5 x 10 -4 mol) in 1.5 ml of freshly distilled (from molecular sieves) methanol was added at room temperature 1.74 ml (2 equivalents) of N, N-diisopropylethylamine. Was added. 1 reaction mixture
Stir for 2 hours, then transfer to a separatory funnel containing dilute aqueous hydrochloric acid and extract 3 times with chloroform. The organic phases were combined, dried over Na 2 SO 4 and evaporated to give a light brown oil. This was purified by chromatography on silica gel with chloroform as the eluent. The resulting colorless solid (90% yield) had a melting point of 27-28.5 ° C. IR, UV and NMR spectra were as follows.
【0041】IR(ニートフィルム、νcm-1):310
0w、2960w、2930w、1450m、1415
w、1355s、1250w、1165s、985s、
840w、820w、780m、630w、615w。 UV−可視〔λ max、MeOH、nm(ε)〕:234
(6×103 )。 NMR(CDCl3、TMSに対するδ):7.42〜
7.22q、1H;7.18〜6.80m、2H;3.
85s、3H;3.6〜2.9m、4H。 元素分析は次の通りであった。 計算値: C 40.76、 H 4.89、 S 3
1.08 C7 H10O3 S2 実測値: C 40.90、 H 4.84、 S 3
0.92IR (neat film, νcm -1 ): 310
0w, 2960w, 2930w, 1450m, 1415
w, 1355s, 1250w, 1165s, 985s,
840w, 820w, 780m, 630w, 615w. UV-visible [λ max, MeOH, nm (ε)]: 234
(6 × 10 3 ). NMR (CDCl 3 , δ for TMS): 7.42 ~
7.22q, 1H; 7.18-6.80m, 2H;
85s, 3H; 3.6-2.9m, 4H. The elemental analysis was as follows. Calculated: C 40.76, H 4.89, S 3
1.08 C 7 H 10 O 3 S 2 found : C 40.90, H 4.84, S 3.
0.92
【0042】参考例6 2−カルボキシエチル−4−(3−チエニル)ブタン酸
エチルの合成 新しく蒸留したDMF60 ml に11.2g(69.9
4ミリモル)のマロン酸ジエチルを溶解した撹拌溶液
に、NaHの60%油分散液2.85g(69.94ミ
リモル)を添加した。30分間かき混ぜた後、20 ml
のDMF中に15.86g(66.61ミリモル)の2
−(3−チエニル)エチルアイオダイド(前述の方法で
製造したもの)を溶解したものを10分間かけて滴下す
ることにより添加した。反応混合物を室温で1時間撹拌
し、次いで140℃に4時間加熱した。冷却した後、反
応物を氷冷希塩酸中に注入し、次いでエーテルで6回抽
出した。有機相を合体し、水洗し、Na2 SO4 で乾燥
し、蒸発を行って褐色油を得た。シリカゲル(クロロホ
ルム中ヘキサン50%)でクロマトグラフィー分離した
ところ、98%の収率で無色油を得た。元素分析の結果
は次の通りであった。また、NMR、IRスペクトルも
示す。 Reference Example 6 2-Carboxyethyl-4- (3-thienyl) butanoic acid
Synthesis of ethyl 11.2 g (69.9) in 60 ml of freshly distilled DMF.
2.85 g (69.94 mmol) of a 60% NaH oil dispersion was added to a stirred solution of 4 mmol) of diethyl malonate. After stirring for 30 minutes, 20 ml
15.86 g (66.61 mmol) of 2 in DMF of
A solution of-(3-thienyl) ethyl iodide (produced by the method described above) dissolved therein was added dropwise over 10 minutes. The reaction mixture was stirred at room temperature for 1 hour and then heated to 140 ° C. for 4 hours. After cooling, the reaction was poured into ice cold dilute hydrochloric acid and then extracted 6 times with ether. The organic phases were combined, washed with water, dried over Na 2 SO 4 and evaporated to give a brown oil. Chromatographic separation on silica gel (hexane 50% in chloroform) gave a colorless oil in 98% yield. The results of elemental analysis were as follows. In addition, NMR and IR spectra are also shown.
【0043】計算値: C 57.76、 H 6.7
1、 S 11.86 C13H18O4 S 実測値: C 57.65、 H 6.76、 S 1
1.77。 NMR(CDCl3、TMSに対するδ):7.40〜
7.20t、1H;7.10〜6.86d、2H;4.
18q、4H;3.33t、1H;2.97〜1.97
m、4H;1.23t、6H。 IR(ニートフィルム、νcm-1):2980w、173
0s、1450w、1370w、775w。Calculated: C 57.76, H 6.7
1, S 11.86 C 13 H 18 O 4 S measured value: C 57.65, H 6.76, S 1
1.77. NMR (CDCl 3 , δ for TMS): 7.40-
7.20t, 1H; 7.10-6.86d, 2H;
18q, 4H; 3.33t, 1H; 2.97 to 1.97.
m, 4H; 1.23t, 6H. IR (neat film, νcm -1 ): 2980w, 173
0s, 1450w, 1370w, 775w.
【0044】参考例7 2−カルボキシ−4−(3−チエニル)ブタン酸の合成 1.4g(24.96ミリモル)の水酸化カリを7.0
ml の50%エタノール水溶液に溶解した溶液に、参考
例6で調製したジエステル(765 mg 、2.83ミリ
モル)を加えた。得られた反応物を室温で2時間かき混
ぜ、次いで1晩還流した。得られた混合物を氷−10%
HCl 中に注ぎ入れ、次いでエーテル抽出を3回行なっ
た。有機相を合体し、Na2 SO4 で乾燥して収率90
%で白色固形分を得た。これをクロロホルム−ヘキサン
から再結晶させ無色針状結晶を得た。次の特性を有し
た。 Reference Example 7 Synthesis of 2-carboxy-4- (3-thienyl) butanoic acid 1.4 g (24.96 mmol) of potassium hydroxide was added to 7.0.
The diester prepared in Reference Example 6 (765 mg, 2.83 mmol) was added to a solution dissolved in 50 ml of 50% aqueous ethanol solution. The resulting reaction was stirred at room temperature for 2 hours and then refluxed overnight. The resulting mixture is ice-10%
Poured into HCl and then extracted three times with ether. The organic phases were combined and dried over Na 2 SO 4 to yield 90
A white solid was obtained in%. This was recrystallized from chloroform-hexane to give colorless needle crystals. It had the following properties:
【0045】融点:118〜119℃。 NMR(DMSO/d6、TMSに対するδ):12.
60、2H;7.53〜6.80m、3H;3.20
t、1H;2.60t、2H;1.99q、2H。 IR(KBr、ν cm-1 ):2900w、1710s、
1410w、1260w、925w、780s。 元素分析値は次の通りであった。 計算値: C 56.45、 H 5.92、 S 1
8.83 C9 H10O4 S 実測値: C 56.39、 H 5.92、 S 1
8.67。Melting point: 118-119 ° C. NMR (DMSO / d6, δ for TMS): 12.
60, 2H; 7.53 to 6.80m, 3H; 3.20
t, 1H; 2.60t, 2H; 1.99q, 2H. IR (KBr, ν cm −1 ): 2900w, 1710s,
1410w, 1260w, 925w, 780s. The elemental analysis values were as follows. Calculated: C 56.45, H 5.92, S 1
8.83 C 9 H 10 O 4 S Found: C 56.39, H 5.92, S 1
8.67.
【0046】参考例8 4−(3−チエニル)ブチルメタンスルホネートの合成 4−(3−チエニル)ブタン酸(CA69:18565
x、72:121265k)を参考例7で調製したカル
ボン酸の標準的な熱脱カルボキシル化により製造した。
この化合物を同じく標準的な方法を用いて還元して4−
(3−チエニル)ブタノール(CA70:68035
r、72:121265k)を得た。1.05g(6.
7×10-3モル)の4−(3−チエニル)ブタノールを
25mlの新しく蒸留した乾燥ピリジンに溶解した溶液
に、25℃で0.85g(1.1等量)のメタンスルホ
ニルクロリドを添加した。この添加は数分間にわたって
徐々に行った。反応混合物を室温で6時間かき混ぜ、次
いで水−HCl 及びエーテルを収容した分液漏斗に注ぎ
入れて急冷した。有機相を分離し、水性相を一度10%
塩酸で抽出し、水で抽出し、Na2 SO4 で乾燥した。
溶媒の蒸発により、1.51gの明褐色油(収率95
%)を得た。tlc (CHCl3)は単一スポットを示し
た。分析の結果は次の通りであった。 Reference Example 8 Synthesis of 4- (3 -thienyl) butyl methanesulfonate 4- (3-thienyl) butanoic acid (CA69: 18565)
x, 72: 112265k) was prepared by standard thermal decarboxylation of the carboxylic acid prepared in Reference Example 7.
This compound was also reduced using standard methods to give 4-
(3-thienyl) butanol (CA70: 68035)
r, 72: 112265k). 1.05 g (6.
To a solution of 7 × 10 −3 mol) 4- (3-thienyl) butanol in 25 ml freshly distilled dry pyridine was added 0.85 g (1.1 eq) methanesulfonyl chloride at 25 ° C. . This addition was done gradually over several minutes. The reaction mixture was stirred at room temperature for 6 hours, then poured into a separatory funnel containing water-HCl and ether and quenched. The organic phase is separated and the aqueous phase is once 10%
It was extracted with hydrochloric acid, extracted with water and dried over Na 2 SO 4 .
Evaporation of the solvent gave 1.51 g of a light brown oil (yield 95
%) Was obtained. tlc (CHCl 3 ) showed a single spot. The results of the analysis were as follows.
【0047】計算値: C 46.13、 H 6.0
2、 S 27.36 C9 H14O3 S2 実測値: C 45.92、 H 5.94、 S 2
7.15。 NMR(CDCl3、TMSに対するδ):2.0〜1.
5 brs、4H;2.67 brt、2H;2.97s、3
H;4.22t、2H;7.07〜6.80d、2H:
7.37〜7.13、1H。Calculated: C 46.13, H 6.0
2, S 27.36 C 9 H 14 O 3 S 2 measured value: C 45.92, H 5.94, S 2
7.15. NMR (CDCl 3 , δ for TMS): 2.0-1.
5 brs, 4H; 2.67 brt, 2H; 2.97s, 3
H; 4.22t, 2H; 7.07 to 6.80d, 2H:
7.37-7.13, 1H.
【0048】参考例9 4−(3−チエニル)ブチルアイオダイドの合成 参考例8で調製した上記のメタンスルホネート(1.5
1g、6.4×10-3モル)を1.93g(2等量)の
NaIを14 ml のアセトンに溶かした溶液に加え、室
温で1晩反応させた。反応混合物を加熱して5時間還流
させた。沈殿したCH3 SO3 Naをろ別した。ろ液を
水に注入し、クロロホルムで抽出し、有機相をMgSO
4 で乾燥した。溶剤を蒸発して明褐色油を得、これをク
ロマトグラフィー精製(シリカゲル、クロロホルム中6
0%ヘキサン)し、1.34gの無色油(収率78%)
を得た。測定値は次の通りであった。 Reference Example 9 Synthesis of 4- (3-thienyl) butyl iodide The above-mentioned methanesulfonate prepared in Reference Example 8 (1.5
1 g, 6.4 × 10 −3 mol) was added to a solution of 1.93 g (2 equivalents) of NaI in 14 ml of acetone, and the mixture was reacted overnight at room temperature. The reaction mixture was heated to reflux for 5 hours. The precipitated CH 3 SO 3 Na was filtered off. The filtrate is poured into water and extracted with chloroform, the organic phase is MgSO 4.
Dried at 4 . Evaporation of the solvent gave a light brown oil which was purified by chromatography (silica gel, 6 in chloroform).
0% hexane) and 1.34 g of colorless oil (yield 78%)
I got The measured values were as follows.
【0049】NMR(CDCl3、TMSに対するδ):
1.53〜2.20m、4H;2.64t、2H;3.
17t、2H;6.83〜7.10d、2H;7.13
〜7.37t、1H。 IR(KBr、νcm-1):2960s、2905s、2
840s、1760w、1565w、1535w、14
50s、1428s、1415s、1190s、750
s、695m、633m。 MS 266.0。 元素分析は次の通りであった。 計算値:C 36.10、H 4.17、I 47.6
8、S 12.05 C8 H11IS 実測値:C 37.68、H 4.35、I 45.2
4、S 12.00。NMR (CDCl 3 , δ for TMS):
1.53 to 2.20 m, 4H; 2.64t, 2H;
17t, 2H; 6.83 to 7.10d, 2H; 7.13
~ 7.37t, 1H. IR (KBr, νcm −1 ): 2960s, 2905s, 2
840s, 1760w, 1565w, 1535w, 14
50s, 1428s, 1415s, 1190s, 750
s, 695m, 633m. MS 266.0. The elemental analysis was as follows. Calculated: C 36.10, H 4.17, I 47.6.
8, S 12.05 C 8 H 11 IS found: C 37.68, H 4.35, I 45.2
4, S 12.00.
【0050】参考例10 4−(3−チエニル)ブタンスルホン酸ナトリウムの合
成 1.271g(1×10-2モル)のNa2 SO3 の2 m
l 水溶液に、参考例9で調製した上記アイオダイド1.
34g(0.5等量)を加えた。反応混合物を加熱して
18時間還流した。得られた混合物を蒸発乾固させ、次
いでクロロホルムで洗滌して未反応アイオダイドを除去
し、アセトンで洗滌してヨウ化ナトリウムを除去した。
残りの固形分は所望のナトリウム塩が過剰の亜硫酸ナト
リウムで汚染された混合物であり、さらに精製すること
なく後続工程で用いた。測定値は次の通りであった。 Reference Example 10 Combined with sodium 4- (3-thienyl) butane sulfonate
2 m of Na 2 SO 3 adult 1.271g (1 × 10 -2 mol)
In an aqueous solution, the above-mentioned iodide 1.
34 g (0.5 eq) was added. The reaction mixture was heated to reflux for 18 hours. The resulting mixture was evaporated to dryness, then washed with chloroform to remove unreacted iodide and with acetone to remove sodium iodide.
The remaining solids were a mixture of the desired sodium salt contaminated with excess sodium sulfite and used in subsequent steps without further purification. The measured values were as follows.
【0051】NMR(D2 O、TMSプロパンスルホネ
ートに対するδ):1.53〜1.97m、4H;2.
47〜3.13m、4H;6.97〜7.20d、2
H;7.30〜7.50q、1H。 IR(KBr、νcm-1、Na2 SO3 ピーク差引):2
905w、1280m、1210s、1180s、12
42m、1210s、1180s、1130s、106
0s、970s、770s、690w、630s、60
5s。NMR (D 2 O, δ for TMS propane sulfonate): 1.53 to 1.97 m, 4H;
47-3.13m, 4H; 6.97-7.20d, 2
H; 7.30 to 7.50q, 1H. IR (KBr, ν cm -1 , Na 2 SO 3 peak subtraction): 2
905w, 1280m, 1210s, 1180s, 12
42m, 1210s, 1180s, 1130s, 106
0s, 970s, 770s, 690w, 630s, 60
5s.
【0052】参考例11 4−(3−チエニル)ブタンスルホニルクロライド 上記塩混合物(参考例10から)1.00gを10 ml
の新たに蒸留したDMSに懸濁した撹拌液に、1.43
gの蒸留塩化チオニルを滴下した。混合物を3時間かき
混ぜた。氷水で急冷した液をエーテルで2回抽出し、次
いでその有機相をNa2 SO4 で乾燥して淡黄色油56
6 mg を単離し、この油をクロマトグラフィー(シリカ
ゲル、及びクロロホルム使用)にかけた後にゆっくり晶
出させた(融点26〜27℃)。NMR等は次の通りで
あった。 Reference Example 11 4- (3-thienyl) butanesulfonyl chloride 1.00 g of the above salt mixture (from Reference Example 10) was added to 10 ml.
1.43 to the stirring liquid suspended in freshly distilled DMS of
g of distilled thionyl chloride was added dropwise. The mixture was stirred for 3 hours. The ice-quenched solution was extracted twice with ether, then the organic phase was dried over Na 2 SO 4 to give a pale yellow oil.
6 mg was isolated and the oil was crystallized slowly (mp 26-27 ° C) after chromatography (using silica gel and chloroform). NMR etc. were as follows.
【0053】NMR(CDCl3、TMSに対するδ):
1.45〜2.38m、4H;2.72t、2H;3.
65t、2H;6.78〜7.12d、2H;7.18
〜7.42、1H。 IR(ニートフィルム、νcm-1):3120w、292
0s、2870m、1465m、1370s、1278
w、1260w、1160s、1075w、935w、
850w、830m、776s、680m、625w、
585s、535s、510s。 元素分析は次の通りであった。 計算値:C 40.25、H 4.64、Cl 14.
85、S 26.86 C8 H11Cl O2 S2 実測値:C 40.23、H 4.69、Cl 14.
94、S 26.68。NMR (CDCl 3 , δ for TMS):
1.45 to 2.38 m, 4H; 2.72t, 2H;
65t, 2H; 6.78 to 7.12d, 2H; 7.18.
~ 7.42, 1H. IR (neat film, νcm -1 ): 3120w, 292
0s, 2870m, 1465m, 1370s, 1278
w, 1260w, 1160s, 1075w, 935w,
850w, 830m, 776s, 680m, 625w,
585s, 535s, 510s. The elemental analysis was as follows. Calculated: C 40.25, H 4.64, Cl 14.
85, S 26.86 C 8 H 11 Cl O 2 S 2 found : C 40.23, H 4.69, Cl 14.
94, S 26.68.
【0054】参考例12 4−(3−チエニル)ブタンスルホン酸メチル(別称:
チオフェン−3−(4−ブタンスルホン酸メチル))の
合成 参考例11で調製した上記酸クロリド362 mg (1.
5×10-3モル)を6mlの新たに蒸留(モレキュラーシ
ーブによる)したメタノールに溶解した撹拌溶液に、3
92 mg (2等量)のN,N−ジイソプロピルエチルア
ミンを室温で加えた。反応混合物を2時間かき混ぜ、次
いで希HCl 水溶液を収容した分液漏斗に移し、クロロ
ホルムで3回抽出した。有機相を合体させ、Na2 SO
4 で乾燥した後に、溶剤を蒸発させて明褐色油を得た。
この油をヘキサン40%のクロロホルムを溶離剤として
用いてシリカゲルによりクロマトグラフィで精製した。
得られた無色油(収率84%)は次の性質を有した。 Reference Example 12 Methyl 4- (3-thienyl) butanesulfonate (Also known as:
Thiophen-3- (methyl 4-butanesulfonate))
362 mg of the above acid chloride prepared in Synthesis Reference Example 11 (1.
5 x 10 -3 mol) into a stirred solution of 6 ml of freshly distilled (by molecular sieves) methanol.
92 mg (2 eq) N, N-diisopropylethylamine was added at room temperature. The reaction mixture was stirred for 2 hours, then transferred to a separatory funnel containing dilute aqueous HCl and extracted 3 times with chloroform. The organic phases are combined and combined with Na 2 SO
After drying at 4 , the solvent was evaporated to give a light brown oil.
The oil was chromatographed on silica gel using 40% hexane in chloroform as the eluent.
The colorless oil obtained (yield 84%) had the following properties:
【0055】元素分析値: 計算値: C 46.13、 H 6.02、 S 2
7.36 C9 H14S2 O3 実測値: C 45.97、 H 5.98、 S 2
7.28。 IR(ニートフィルム、νcm-1):3100w、297
0m、2860w、1460m、1410w、1350
s、1250w、1160s、982s、830m、8
00m、770s、710w、690w、630w、6
13w、570m。 UV−vis 〔λ max、MeOH、nm(ε)〕:220
(6.6×103 )。 NMR(CDCl3、TMSに対するδ):7.33〜
7.13(t、1H)、7.03〜6.77(d、2
H)、3.83(s、3H)、3.09(t、2H)、
2.67(t、2H)、2.2〜1.5(m、4H)。Elemental analysis value: Calculated value: C 46.13, H 6.02, S 2
7.36 C 9 H 14 S 2 O 3 Found: C 45.97, H 5.98, S 2
7.28. IR (neat film, νcm -1 ): 3100w, 297
0m, 2860w, 1460m, 1410w, 1350
s, 1250w, 1160s, 982s, 830m, 8
00m, 770s, 710w, 690w, 630w, 6
13w, 570m. UV-vis [λ max, MeOH, nm (ε)]: 220
(6.6 × 10 3 ). NMR (CDCl 3 , δ for TMS): 7.33-
7.13 (t, 1H), 7.03 to 6.77 (d, 2
H), 3.83 (s, 3H), 3.09 (t, 2H),
2.67 (t, 2H), 2.2-1.5 (m, 4H).
【0056】参考例13 チオフェン−3−酢酸の重合 Reference Example 13 Polymerization of thiophen-3-acetic acid
【化19】 エス・ホッタ等の「Synth. Metals 」(既述)に記載の
電気化学的重合法に従がい、アセトニトリルを溶剤と
し、LiCl O4 を電解質として用いて、室温において
上式IVのチオフェン−3−酢酸を重合した。青黒色フ
ィルムが生成した。これは、式Ia(Y1 =H、R1 =
−CH2 −、Ht=S、X=CO2 )の両性イオンポリ
マーの形成を示している。このポリマーフィルムを電気
化学的にサイクルさせたところ、青黒色から黄褐色に変
色することを観察した。これはポリマーが両性イオン形
から式Iで示される中性形へ還元したことを示す。赤外
スペクトルは提案した構造と一致した。[Chemical 19] According to the electrochemical polymerization method described in "Synth. Metals" (described above) by S. Hotta et al., Using acetonitrile as a solvent and LiCl 4 O 4 as an electrolyte, at room temperature, thiophene-3- Acetic acid was polymerized. A bluish black film formed. This has the formula Ia (Y 1 = H, R 1 =
-CH 2 -, indicating the formation of Ht = S, X = zwitterionic polymers CO 2). When this polymer film was electrochemically cycled, it was observed that the color changed from bluish black to tan. This indicates that the polymer was reduced from the zwitterionic form to the neutral form of formula I. The infrared spectrum is consistent with the proposed structure.
【0057】参考例14 ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン酸)ナト
リウム塩) チオフェン−3−(2−エタンスルホン酸メチル)(式
V)を既述の方法で製造した。 Reference Example 14 Poly (thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid) nato
Lithium salt) thiophene-3- (2-ethanesulfonic acid methyl) (formula V) was prepared by the method previously described.
【化20】 この単量体の重合は、重合温度を−27℃に保った点を
除いて参考例13と同じ方法によった。得られたポリマ
ー(「P3−ETSメチル」、VI)をアセトン中のヨ
ウ化ナトリウムで処理してスルホン酸官能基からメチル
基を除去し、ポリマーの対応したナトリウム塩すなわち
ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン酸)ナト
リウム塩)(「P3−ETSNa」)(式VII)を充
分な収率(約98%)で得た。Embedded image The polymerization of this monomer was carried out by the same method as in Reference Example 13 except that the polymerization temperature was kept at -27 ° C. The resulting polymer ("P3-ETS Methyl", VI) was treated with sodium iodide in acetone to remove the methyl group from the sulfonic acid functional group and the corresponding sodium salt of the polymer, poly (thiophene-3- ( 2-ethanesulfonic acid) sodium salt) ("P3-ETSNa") (Formula VII) was obtained in sufficient yield (about 98%).
【化21】 [Chemical 21]
【化22】 上記のポリマーメチルエステル及びポリマーナトリウム
塩は赤外及び可視紫外線吸収スペクトル計及び元素分析
により特性を調べた(図1及び図2参照)。ナトリウム
塩は水に全ての比率で溶解することが分り、水性溶液か
らフィルム状に流延(キャスティング)成形し得ること
が分かった。[Chemical formula 22] The above polymer methyl ester and polymer sodium salt were characterized by infrared and visible UV absorption spectroscopy and elemental analysis (see FIGS. 1 and 2). It has been found that the sodium salt is soluble in water in all proportions and has been found to be cast from an aqueous solution into a film.
【0058】電気化学セルをガラス中に構成し、電気化
学ドーピング及び電荷蓄積を現場(In Situ )光電気化
学スペクトル計により立証した。セルはITO被覆ガラ
ス(アノードとして役立つ)上に上記ポリマーのフィル
ムを形成したもの、白金対電極(カソード)、銀/塩化
銀基準電極、及びテトラブチルアンモニウムパークロレ
ート電解質より構成された。図5は、順次に高電開路電
圧に荷電したセルについてとったP3−ETSNaの一
連の可視近赤外スペクトルを示している。π−π* 遷移
が消尽し、それに伴って振動子強度の2つの特性近赤外
バンドへの移行するという点で、得られた結果は導電性
ポリマーに典型的なものである。図5の結果は可逆電荷
蓄積及びエレクトロクロミズムの両方を立証している。An electrochemical cell was constructed in glass and electrochemical doping and charge storage was demonstrated by an in situ photoelectrochemical spectrometer. The cell consisted of a film of the above polymer on an ITO coated glass (serving as the anode), a platinum counter electrode (cathode), a silver / silver chloride reference electrode, and a tetrabutylammonium perchlorate electrolyte. FIG. 5 shows a series of visible and near infrared spectra of P3-ETSNa taken with cells charged sequentially to a high open circuit voltage. The results obtained are typical of conducting polymers in that the π-π * transition is exhausted, with a consequent transition to the two characteristic near infrared bands of oscillator strength. The results in Figure 5 demonstrate both reversible charge storage and electrochromism.
【0059】電気伝導度は、全接点を予め付着したガラ
ス基体上に、水から重合体フィルムをキャストしたもの
を用いた、標準の4プローブ技術により測定した。臭素
蒸気に露出すると、P3−ETSNaの電気伝導度は約
1S/cmに上昇した。Electrical conductivity was measured by the standard 4-probe technique using a polymer film cast from water on a glass substrate with all contacts pre-deposited. Upon exposure to bromine vapor, the electrical conductivity of P3-ETSNa increased to about 1 S / cm.
【0060】参考例15 ポリ(チオフェン−3−(4−ブタンスルホン酸)ナト
リウム塩) チオフェン−3−(4−ブタンスルホン酸メチル)(式
VIII)を既述の方法で製造した。 Reference Example 15 Poly (thiophene-3- (4-butanesulfonic acid) nato
( Saltium) thiophene-3- (4-butane sulfonate methyl) (formula VIII) was prepared by the method previously described.
【化23】 重合は参考例13、14に記載したと同一の条件及び方
法で行った。得られたポリマー(「P3−BTSメチ
ル」、式IX)をアセトン中ヨウ化ナトリウムで処理し
たところ、充分な収率でポリ(チオフエン−3−(4−
ブタンスルホン酸)ナトリウム塩)(「P3−BTSN
a」、式X)が得られた。[Chemical formula 23] The polymerization was carried out under the same conditions and methods as described in Reference Examples 13 and 14. The resulting polymer (“P3-BTS methyl”, formula IX) was treated with sodium iodide in acetone to give poly (thiophene-3- (4-)
Butanesulfonic acid) sodium salt) ("P3-BTSN
a ", formula X) was obtained.
【化24】 [Chemical formula 24]
【化25】 重合メチルエステル(式IX)及び対応するナトリウム
塩(式X)は分光測定(IR、UV可視)及び元素分析
により特性を調べた。ナトリウム塩は水に全ての割合で
溶解し、水溶液からのキャスティングによるフィルム形
成を可能にするものであった。[Chemical 25] The polymerized methyl ester (Formula IX) and the corresponding sodium salt (Formula X) were characterized by spectrophotometry (IR, UV visible) and elemental analysis. The sodium salt was soluble in water in all proportions and allowed film formation by casting from aqueous solutions.
【0061】電気化学セルを参考例14に従って構成し
て、現場(In Situ )光電気化学分光測定を経て電気化
学的ドーピング及び電荷蓄積を立証した。図6〜7はP
3−BTSNa及びP3−BTSメチルの順次に増大す
る開路電圧まで荷電したセルについてとった一連の可視
近赤外スペクトルを示す。参考例14と同様に、π−π
* 遷移が消尽し、それに伴って振動子強度が2つの特性
赤外バンドにシフトする点で、導電性ポリマーに典型的
なものであることが分った。参考例14と同様に、図6
〜7の結果は、可逆的電荷蓄積及びエレクトロクロミズ
ムの両方を立証する。An electrochemical cell was constructed according to Reference Example 14 to demonstrate electrochemical doping and charge accumulation via in situ photoelectrochemical spectroscopy measurements. 6 to 7 are P
1 shows a series of visible and near infrared spectra taken for cells charged to increasing open circuit voltages of 3-BTSNa and P3-BTS methyl. Similar to Reference Example 14, π−π
* It was found to be typical of conductive polymers in that the transition was exhausted and the oscillator strength was shifted to two characteristic infrared bands accordingly. Similar to Reference Example 14, FIG.
Results ~ 7 demonstrate both reversible charge storage and electrochromism.
【0062】参考例16 ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン酸))の
製造と分析 既述の方法によりチオフェン−3−(2−エタンスルホ
ン酸)のナトリウム塩重合体(式I)(Ht=S、Y1
=H、R1 =−CH2 CH2 −、X=SO3 、M1 =N
a)を製造し、水に溶解し、酸性形の陽イオン交換樹脂
のイオン交換クロマトグラフ分離にかけ、ポリ(チオフ
ェン−3−(2−エタンスルホン酸))の水溶液を調製
した。暗赤褐色流出物の原子吸光分析により、水素がナ
トリウムで完全に置換されていることが分った。図8は
ポリマーフィルムに対して行ったサイクリックボルタン
メトリーの結果を示す(「P3−ETSH」/ITOガ
ラス作用電極、白金対電極、アセトニトリル中銀/塩化
銀基準電極、フッ化ホウ酸−トリフルオル酢酸電解
質)。同図は、P3−ETSHが、強酸性媒体中で銀/
塩化銀に対し+0.1Vと+1.2Vの間でサイクルし
たとき、電気化学的に強じんな重合体であることを示し
ている。図には間隔が密接した2本の酸化波が示されて
おり、第1のものはオレンジ色から緑色への変化に対応
している。重合体はサイクルでき、100mV/秒にお
いて安定性が認め得る程に変動しないで対応した色変化
が観測された。 Reference Example 16 Poly (thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid))
Production and Analysis Thiophene-3- (2-ethanesulfonic acid) sodium salt polymer (formula I) (Ht = S, Y 1
= H, R 1 = -CH 2 CH 2 -, X = SO 3, M 1 = N
a) was prepared, dissolved in water, and subjected to ion exchange chromatographic separation of a cation exchange resin in an acidic form to prepare an aqueous solution of poly (thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid)). Atomic absorption spectrometry of the dark reddish brown effluent showed that the hydrogen had been completely replaced by sodium. FIG. 8 shows the results of cyclic voltammetry performed on a polymer film (“P3-ETSH” / ITO glass working electrode, platinum counter electrode, silver / silver chloride reference electrode in acetonitrile, fluoroboric acid-trifluoroacetic acid electrolyte). . In the figure, P3-ETSH is silver / in a strongly acidic medium.
It is an electrochemically tough polymer when cycled between +0.1 V and +1.2 V vs. silver chloride. The figure shows two closely spaced oxidation waves, the first one corresponding to the change from orange to green. The polymer was cycled and a corresponding color change was observed at 100 mV / sec with no noticeable change in stability.
【0063】電気化学セルをガラス中に構成し、現場
(In Situ )光電気化学分光測定により、電気化学的ド
ーピング及び電荷蓄積を立証した。セルはITOガラス
(アノード)上のポリマーフィルム、白金対電極(カソ
ード)、アセトニトリル中銀/塩化銀基準電極、フッ化
ホウ酸−トリフルオル酢酸電解質より成るものであっ
た。図9は順次高い開路電圧に荷電したセルについて測
定したP3−ETSHの可視近赤外スペクトルを示す。
この場合、ポリマーは強酸性電解液中で自然にドープす
ることが観測された。図9の結果は、可逆的な電荷蓄積
及びエレクトロクロミズムの両方を立証する。短時間に
自己ドーピングレベルを制御することは、平衡回路電圧
よりも低い電圧を印加することにより達成された。An electrochemical cell was constructed in glass and electrochemical doping and charge accumulation was demonstrated by in situ photoelectrochemical spectroscopy measurements. The cell consisted of a polymer film on ITO glass (anode), a platinum counter electrode (cathode), a silver / silver chloride reference electrode in acetonitrile, fluoroboric acid-trifluoroacetic acid electrolyte. FIG. 9 shows the visible and near-infrared spectrum of P3-ETSH measured for cells sequentially charged with an open circuit voltage.
In this case, the polymer was observed to spontaneously dope in the strongly acidic electrolyte. The results in Figure 9 demonstrate both reversible charge storage and electrochromism. Controlling the self-doping level in a short time was achieved by applying a voltage below the balanced circuit voltage.
【0064】参考例17 重合体複合体の調製 ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン酸))
(式I)(Ht=S、Y1 =H、R1 =−CH2 CH2
−、X=SO3 、M1 =H、「P3−ETSH」)を参
考例16により製造し、これを次のように複合体の製造
に用いた。上記化合物をポリビニルアルコール水溶液と
混合し、中性ポリマーをキャストし、乾燥してフィルム
とした。自立性の濃いオレンジ色のフィルム(青黒色両
性イオン性ポリマーとは違って電荷的に中性)はすぐれ
た機械特性(柔軟で、平滑で、可撓性)を有し、補償に
より化学ドーピング及び脱ドーピングすることができ
た。この導電性ポリマー複合体の製造方法は、P3−E
TSHまたはP3−BTSHに関連して任意の水溶性ポ
リマーの使用に広く応用しうる。 Reference Example 17 Preparation of Polymer Complex Poly (thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid))
(Formula I) (Ht = S, Y 1 = H, R 1 = -CH 2 CH 2
-, produced by X = SO 3, M 1 = H, "P3-EtSH") Reference Example 16, was used in the preparation of the complex as follows. The above compound was mixed with an aqueous polyvinyl alcohol solution, a neutral polymer was cast, and dried to obtain a film. The free-standing dark orange film (charge neutral, unlike blue-black zwitterionic polymers) has excellent mechanical properties (flexible, smooth, flexible), and chemical doping and I was able to dedope. The manufacturing method of this conductive polymer composite is P3-E.
It has broad applicability to the use of any water soluble polymer in connection with TSH or P3-BTSH.
【図1】ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン
酸メチル))の赤外スペクトルである。FIG. 1 is an infrared spectrum of poly (thiophen-3- (methyl 2-ethanesulfonate)).
【図2】ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン
酸)ナトリウム塩)の赤外スペクトルである。FIG. 2 is an infrared spectrum of poly (thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid) sodium salt).
【図3】ポリ(チオフェン−3−(4−ブタンスルホン
酸メチル))の赤外スペクトルである。FIG. 3 is an infrared spectrum of poly (thiophen-3- (methyl 4-butanesulfonate)).
【図4】ポリ(チオフェン−3−(4−ブタンスルホン
酸)ナトリウム塩)の赤外スペクトルである。FIG. 4 is an infrared spectrum of poly (thiophen-3- (4-butanesulfonic acid) sodium salt).
【図5】ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン
酸)ナトリウム塩)の一連の可視近赤外スペクトルを示
す。FIG. 5 shows a series of visible and near infrared spectra of poly (thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid) sodium salt).
【図6】ポリ(チオフェン−3−(4−ブタンスルホン
酸)ナトリウム塩)の一連の可視近赤外スペクトルを示
す。FIG. 6 shows a series of visible near infrared spectra of poly (thiophen-3- (4-butanesulfonic acid) sodium salt).
【図7】ポリ(チオフェン−3−(4−ブタンスルホン
酸メチル))の一連の可視近赤外スペクトルを示す。FIG. 7 shows a series of visible near infrared spectra of poly (thiophen-3- (methyl 4-butanesulfonate)).
【図8】ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン
酸))のフィルムで行なったサイクリックボルタンメト
リーの結果を示す。FIG. 8 shows the results of cyclic voltammetry performed on a film of poly (thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid)).
【図9】ポリ(チオフェン−3−(2−エタンスルホン
酸))の一連の可視近赤外スペクトルを示す。FIG. 9 shows a series of visible near infrared spectra of poly (thiophen-3- (2-ethanesulfonic acid)).
Claims (3)
0.01〜100モル%は下記の構造(II)を有する単位
で構成される水溶性自己ドープ型導電性ポリマー: 【化1】 (式中、Y2 、Y3 及びY4 は独立に水素及び−R2 −
X−M2 から成る群より選ばれ、R2 は存在しないかあ
るいは炭素数1〜10の線状又は枝分れアルキレン、エ
ーテル、エステルあるいはアミド成分であり、Xは 【化2】 又は 【化3】 であり、M2 はH、Li、Na及びKからなる群より選
ばれる)。1. A water-soluble, self-doping conductive polymer composed of a plurality of monomer units, 0.01 to 100 mol% of which is composed of units having the following structure (II): (In the formula, Y 2 , Y 3 and Y 4 are independently hydrogen and -R 2-.
Selected from the group consisting of X-M 2 , R 2 is absent or is a linear or branched alkylene, ether, ester or amide component having 1 to 10 carbon atoms, and X is Or And M 2 is selected from the group consisting of H, Li, Na and K).
X−M2 から成る群より選ばれ、R2 は存在しないかあ
るいは炭素数1〜10の線状又は枝分れアルキレン、エ
ーテル、エステルあるいはアミド成分であり、Xは 【化5】 又は 【化6】 であり、M2 はH、Li、Na及びKからなる群より選
ばれる)を有する水溶性自己ドープ型導電性ポリマーを
製造するに際し、 下記の構造(IV): 【化7】 (式中、R2 及びXは上記(II)式において定義した通り
であり、Y2 、Y3 及びY4 は独立に水素及び−R2 −
X−M3 から成る群より選ばれ、M3 はM2 あるいは炭
素数1〜2のアルキル基である)を有するモノマーを含
む電解溶液を準備し;該電解溶液中に作用電極及び対向
電極を浸漬し;該作用電極及び該対向電極に電圧をか
け、それにより該作用電極における該モノマーの重合を
行ない;M3 が炭素数1〜2のアルキル基である場合に
は、M3 をM2 に置換する工程を含む構造(II)を有する
水溶性自己ドープ型導電性ポリマーの製造方法。2. The following structure (II): (In the formula, Y 2 , Y 3 and Y 4 are independently hydrogen and -R 2-.
X 2 is selected from the group consisting of X-M 2 and R 2 is absent or is a linear or branched alkylene, ether, ester or amide component having 1 to 10 carbon atoms, and X is Or And M 2 is selected from the group consisting of H, Li, Na and K) in preparing a water-soluble self-doping conductive polymer having the following structure (IV): (In the formula, R 2 and X are as defined in the above formula (II), and Y 2 , Y 3 and Y 4 are independently hydrogen and —R 2 —
X-M 3 , wherein M 3 is M 2 or an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms) is prepared; and an electrolytic solution containing a monomer having a working electrode and a counter electrode is prepared in the electrolytic solution. Immersion; voltage is applied to the working electrode and the counter electrode, thereby polymerizing the monomer at the working electrode; when M 3 is an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, M 3 is replaced with M 2 A method for producing a water-soluble self-doping type conductive polymer having a structure (II), which comprises the step of substituting
エステルを加水分解して対応するジカルボン酸に転化す
る工程を含む自己ドープ型ポリアニリンの製造方法。3. A method for producing a self-doped polyaniline, which comprises the steps of preparing a polyaniline diester and hydrolyzing the diester to convert it into a corresponding dicarboxylic acid.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7201814A JP2785116B2 (en) | 1995-07-17 | 1995-07-17 | Water-soluble self-doping type polymer conductor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016135592A (en) * | 2015-01-16 | 2016-07-28 | 日東電工株式会社 | Surface protective film and optical member |
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- 1995-07-17 JP JP7201814A patent/JP2785116B2/en not_active Expired - Lifetime
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