JPS597721B2 - 新規なトリス(ビピリジル)ルテニウム型高分子錯体及びその製造法 - Google Patents

新規なトリス(ビピリジル)ルテニウム型高分子錯体及びその製造法

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JPS597721B2
JPS597721B2 JP55122990A JP12299080A JPS597721B2 JP S597721 B2 JPS597721 B2 JP S597721B2 JP 55122990 A JP55122990 A JP 55122990A JP 12299080 A JP12299080 A JP 12299080A JP S597721 B2 JPS597721 B2 JP S597721B2
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bipyridyl
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宏 横田
正夫 金子
芳美 栗村
瑛 山田
淳孝 重原
英俊 土田
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重合体連鎖の中にトリス(ビピリジノリルテニ
ウム錯体構造を含有する新規な高分子錯体およびその製
造法に関するものである。
トリス(ビピリジル)ルテニウム錯体は3価の錯体の還
元電位が高いために水を酸化して酸素を発生することが
でき、また2価の錯体に可視光を照射して励起させると
その励起状態の還元電位が低いために水を還元して水素
を発生させることが可能であるため、可視光で水を分解
して酸素と水素を発生させることが理論的には可能であ
り、太陽光による水の光分解のための触媒として極めて
注目されている(例えば文献:C−Creutz,N.
Sutin,PrOc.Nat.Acad.Sci.U
S!72巻、2858頁、1975年)。
また同じ理由でこの錯体は酸化還元反応のための光触媒
として極めて有用である。しかしながら均一溶液中でこ
の錯体を単独で用いて光照射を行つても逆電子移動反応
が生起するため水の光分解は行えない。
そこで不均一な反応系を設計してミクロまたはマクロ異
相界面での光反応を起させ、光電荷分離を可能ならしめ
るためこの錯体を修飾することが種々提唱されている。
このような観点から高分子化合物にこの種の錯体を導入
することは極めて有用で注目されている。従来この種の
高分子錯体としてはポリスチレンに導入されたもの(特
願昭55−22502参照)があるが、合成が難しいな
どの問題があつた。またビニルビピリジル単量体を合成
した後、重合して次で錯体化することにより高分子錯体
を合成する方法(第29回高分子年次大会要旨)、P.
28Oll98O年)ではビニルビピリジル単量体の合
成が難しい、などの問題があつた。本発明者らは上記高
分子錯体につき鋭意研究の結果本発明を完成するに至つ
た。
すなわち、本発明は、 式: ―11〜771′〜−7≦′〜『21Vb(但し、式中
、Rl,R2は同じであることを妨げない2,2′−ビ
ピリジル化合物またはその核置換誘導体、pは1または
2、Xは陰イオン及びnはO〜20の整数を表わす)で
表わされる構造単位、 式二 で表わされる構造単位、及び 式: 1r (但し、式中、YはH又はCH3、Zはフエニル基、ス
ルホニルフエニル基、カルボキシル基、アルコキシカル
ボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アミノカルボ
ニル基、N−ピロリジル基、ピリジル基、イミダゾリル
基、N−イミダゾリル基、シアノ基、ハロゲン原子を示
す。
)で表わされる構造単位が、a+b+c=100とした
場合a=0.1〜50、b=0.1〜90、c=10〜
90の割合で重合し、分子量1,000〜200,00
0である新規なトリスビピリジルルテニウム型高分子錯
体に関するものである。
本発明は、また アミノスチレンと式: (但し、式中、YはH又はCH3、Zはフエニル基、ス
ルホニルフエニル基、カルボキシル基、アルコキシカル
ボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アミノカルボ
ニル基、N−ピロリジル基、ピリジル基、イミダゾリル
基、N−イミダゾリル基、シアノ基、ハロゲン原子を示
す)で表わされる化合物との共重合体を2,2″−ビピ
リジル4,4′−ジカルボン酸と反応させて2,2′−
ビピリジル単位を有する重合体を合成し、次にこれをビ
ス(2,2′−ビピリジル)ルテニウム錯体と反応せし
めることにより、前記一般式を有する高分子錯体を製造
する方法に関するものである。
本発明に用いられる重合体としてはアミノスチレン単位
(−CHCH2−)を連鎖中に含有するものでかつ分子
量が1,000〜200,000のものである。これら
の重合体としてはアミノスチレン単独重合体のほか、ア
ミノスチレンと共重合し得るビニル単量体との二元また
は多元共重合体が用いられる。このビニル単量体として
は例えば、スチレン、N−ビニルピロリドン、アクリル
酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル
アミド、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリロニトリル4
−ビニルピリジン、2−ビニルピリジン、N−ビニルイ
ミダゾール、4−ビニルイミダゾール、スチリルスルホ
ン酸などが挙げられる。前記スチレン共重合体を使用す
る場合には、アミノスチレンとビニル単量体とから成る
共重合体中にアミノスチレン単位が10〜90%含有さ
れたものが好ましい。
このような重合体連鎖の中に一般式: (但し、Rl,R2,p,x,nは前記と同じ。
)で表わされる単位を含有する新規なトリス(2,2′
−ビピリジル)型ルテニウム高分子錯体において、Rl
,R2としては無置換の2,2/−ビピリジルのほか、
4,4′−ジカルボキシル基置換、4,4′−ジメチル
基置換、4,4′−ジドデシル基置換などの核置換2,
2″−ビピリジルが用いられる。Xは配位圏外に存在す
る対アニオンを表わし、たとえばハロゲンイオン、硫酸
イオン、硝酸イオン、過塩素酸イオン、炭酸イオンなど
が挙げられる。この種の錯体中のRuイオンは通常安定
な状態で2価であるので、pの数はXが1価の場合には
2、Xが2価の場合には1である。nはRu錯体に対す
る結晶水分子の数を表わし、0〜20の範囲の整数であ
り、通常はO〜6の範囲である。このような高分子金属
錯体を合成するには、まず連鎖の中にアミノスチレン単
位(−0CH2−)を含有する重合体を2,2′−ビピ
リジル一4,45−ジカルボン酸と反応させて、一般式
:有する重合体を合成し、次でこれをシスービス(2,
2′−ビピリジノ(ハ)型ルテニウム錯体と反応せしめ
ることにより、一般式:(但しRl,R2,p,x,n
は前記と同じ。
)で表わされる単位を連鎖中に含有する新規な高分子金
属錯体が合成される。アミノスチレン単位を含有する重
合体と2,2′−ビピリジル一4,4′−ジカルボン酸
との反応はクロルギ酸エチルを用いると良好な結果を与
える。
あるいは2,2′−ビピリジル一4,45−ジカルボン
酸を塩化チオニルと反応させて酸塩化物とした後にアミ
ノスチレン単位を含有する重合体と反応させても良好な
結果を与える。反応溶媒としてはDMF,THFなどが
用いられる。反応後、反応混液をエチルエーテルや石油
エーテルなどに添加することによりビピリジル単位を有
する重合体の沈殿を得ることができる。このようにして
得られた重合体とシスービス(2,2′−ビピリジノリ
型ルテニウム錯体との反応はアルコール類などを媒体ま
たは媒体の一成分として用い、0℃〜煮沸温度下で行な
うことにより、目的とする高分子ルテニウム錯体を合成
できる。
合成した高分子錯体の精製は水中で透析を行なうか、或
いは該高分子錯体を溶解しない媒体で洗浄するかこの媒
体中に再沈殿させることにより行なわれる。このように
して合成した高分子ルテニウム錯体はビオロゲン類の光
還元触媒として有用である。
ビオロゲン類を光還元して得られるカチオンラジカルは
白金黒や白金コロイドなどを触媒としてプロトンと反応
させると水素ガスを発生することが知られている。従つ
てビオロゲンの可視光による還元反応は太陽エネルギー
の化学的変換という観点から注目されている。上述のよ
うにして得られた高分子ルテニウム錯体を用いてビオロ
ゲンを光還元することにより、結局水素の可視光による
生成が可能となる。またこの高分子ルテニウム錯体を光
触媒として 5空気中の酸素を光還元することにより過
酸化水素(H2O2)を合成することができる。
以下実施例を以て本発明を説明するが、本発明の範囲は
これら実施例に何ら限定されるものではない。
1実施例
1p−アミノスチレンとN−ビニルピロリドンとの(
に10)・モル比の混合物をアゾビスイソブチロニトリ
ルを開始剤としてTHF中60℃で24時間共重合させ
、共重合体を得た。
共重合体 1はエチルエーテルに2回再沈殿させて精製
した。共重合体組成比はアミノスチレンリビニルピロリ
ドン=0.14:1(モル比)で、水中の極限粘度は0
.375であつた。2,2′−ビピリジル一4,4′−
ジカルボン酸 22.0yを50m1f)DMFに溶解
し、O〜5℃でこれと当量のトリエチルアミンを加えた
後、当量のクロルギ酸エチルを10TLI(7)DMF
に溶かした溶液を滴下ロードからゆつくり滴下した。
重合体中のアミノ基単位が2,2′−ビピリジル一4,
4′−ジカルボン酸の1/5程度になる量の前記重合体
をDMF2O7nlに溶解し、この溶液を上記溶液に0
〜5℃で滴下した。1時間攪拌し、室温で一夜放置した
後、減圧下で溶液を濃縮し、析出した原料の2,2′−
ビピリジル一4,4′−ジカルボン酸を分離してからア
ルコール溶液とし、エチルエーテルに再沈させ、さらに
もう一度アルコール溶液からエチルエーテル−の再沈殿
を行ない、ビピリジル共重合体を得た。
収量は約1.6fであつた。ビピリジル化は定量的に行
なわれた。このビピリジル共重合体0.5yを100d
のエタノールに溶解し、これにCis−Ru(Bpy)
2C03・5H200.33fを加え、50℃で20時
間反応させた。
溶液に1NHct水溶液1m1を加え、透析後凍結乾燥
した。収量は0.67であつた。水溶液の紫外可視スペ
クトルの吸収ヒータは288および462nm1発光ス
ペクトルのピークは614nm(リン光)で、これらは
トリス(2,2′−ビピリジノリ型ルテニウム錯体に特
有なものである。合成した高分子錯体の組成を次に示す
。これらの高分子錯体は水に可溶、ベンゼン、クロロホ
ルムなどの有機溶媒には不溶であつた。
実施例 2ピリジル基に対してや\過剰の CiS−RU(BPy)2Ct2・6H20とをメタノ
ール中で5時間煮沸反応させた後、透析して凍結乾燥し
てピリジル)ルテニウム高分子錯体を得た。
収量はほゾ定量的であつた。実施例 3 p−アミノスチレンとスチレン単位が(1:8)モル比
から成る共重合体を実施例1と同様な方法で2,2′−
ビピリジル一4,4′−ジカルボン酸と反応させてビピ
リジル単位を有する重合体を合成した。
この重合体を、ビピリジル単位とほマ同量のCiS−R
U(BPy)2ct2・6H20とキシレン/n一ブチ
ルアルコール一1/4(容量比)の混合媒体中で10時
間煮沸して反応させた後、反応混液を濃縮し、石油エー
テルに再沈殿させてトリス(2,2′−ビピリジノリ型
ルテニウム高分子錯体の沈殿を得た。これを水、次でメ
タノールで洗浄後乾燥して約80%の収率で高分子錯体
を得た。錯体の組成はほゾ次のようであつた。錯体は水
、メタノールに可溶、ベンゼン、クロロホルムなどの有
機溶媒には不溶であつた。
参考例 1実施例1で得られた、アミノスチレン−N−
ビニルピロリドン共重合体からのトリス(2,2′−
二ビピリジル)ルテニウム高分子錯体、メチルビオロゲ
ン、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩の所定濃度
(ルテニウム錯体基は2×10−5M1メチルビオロゲ
ンとEDTA・2Naは夫々10−2M)の水溶液2m
10)PHを稀塩酸または水酸化ナトリウム水溶液で調
整した後、アルゴンガスを液中に吹込んでアルゴンガス
雰囲気にした後密栓し、これにハロゲンランプ(12V
1100W)からの光を紫外および赤外カツトフイルタ
一を通して400〜800nm光を選択した可視光を照
射したとこ 。
ろ、メチルビオロゲンの光還元が起つて溶液は青く着色
し、可視スペクトルには395および606nmにメチ
ルビオロゲンカチオンラジカルに特有の吸収が観察され
た。カチオンラジカル生成速度のPH依存性を添付図
4面に示したが、PH8付近でその速度は極大を示した
PH6付近の反応混液10dに2cdの白金黒板を共存
させて光照射を行なつたところ、生成するビオロゲンカ
チオンラジカルがプロトンを還元して水素を発生し、そ
の発生量は2時間で3.70μtであつた。
また同様な溶液に白金黒板の代りに白金コロイドを共存
させて光照射したところ、光照射につれて溶液中から水
素ガスの発生が観察され、その発生量は生成するカチオ
ンラジカル量に対してほぼ定量的であつた。参考例 2 実施例2で得られた高分子ルテニウム錯体10−4Mお
よびSbCt3lO−3Mとを含む水溶液(0.5NH
Ct水溶液)に空気を吹込みながら可視光を照射した。
一定時間毎にサンプリングし、陽イオン交換樹脂を通し
て高分子ルテニウム錯体を吸着分離させた後、溶離液中
のH2O2濃度を定量したところ、2×10−4M/―
の速度でH2O2を光生成した。参考例 3 参考例2においてSbct3の代りにアスコルビン酸を
用いたところ、PH6において5×10−4M/Mtn
の速度でH2O2が光生成した。
【図面の簡単な説明】
添付図面は、メチルビオロゲンカチオンラジカル生成速
度のPH依存性を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 式:▲数式、化学式、表等があります▼(但し、式
    中、R_1、R_2は同じであることを妨げない2,2
    ′−ビピリジル化合物またはその核置換誘導体、pは1
    または2、Xは陰イオン及びnは0〜20の整数を表わ
    す)で表わされる構造単位、 式:▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされる構造単位、及び 式:▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、式中、YはH又はCH_3、Zは、フェニル基
    、スルホニルフェニル基、カルボキシル基、アルコキシ
    カルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アミノカ
    ルボニル基、N−ピロリジル基、ピリジル基、イミダゾ
    リル基、N−イミダゾリル基、シアノ基、ハロゲン原子
    を示す。 )で表わされる構造単位が、a+b+c=100とした
    場合、a=0.1〜50、b=0.1〜90、c=10
    〜90の割合で重合し、分子量1,000〜200,0
    00である新規なトリスビピリジルルテニウム型高分子
    錯体。 2 アミノスチレンと式: ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、式中、YはH又はCH_3、Zは、フェニル基
    、スルホニルフェニル基、カルボキシル基、アルコキシ
    カルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アミノカ
    ルボニル基、N−ピロリジル基、ピリジル基、イミダゾ
    リル基、N−イミダゾリル基、シアノ基、ハロゲン原子
    を示す)で表わされる化合物との共重合体を2,2′−
    ビピリジル−4,4′−ジカルボン酸と反応させて2,
    2′−ビピリジル単位を有する重合体を合成し、次にこ
    れをビス(2,2′−ビピリジル)ルテニウム錯体と反
    応せしめることにより、式:▲数式、化学式、表等があ
    ります▼ (但し、式中、R_1、R_2は同じであることを妨げ
    ない2,2′−ビピリジル化合物またはその核置換誘導
    体、pは1または2、Xは陰イオン及びnは0〜20の
    整数を表わす)で表わされる構造単位、 式:▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされる構造単位、及び 式:▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、式中、YはH又はCH_3、Zはフェニル基、
    スルホニルフェニル基、カルボキシル基、アルコキシカ
    ルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、アミノカル
    ボニル基、N−ピロリジル基、ピリジル基、イミダゾリ
    ル基、N−イミダゾリル基、シアノ基、ハロゲン原子を
    示す。 )で表わされる構造単位が、a+b+c=100とした
    場合、a=0.1〜50、b=0.1〜90、c=10
    〜90の割合で重合し、分子量1,000〜200,0
    00である新規なトリスビピリジルルテニウム型高分子
    錯体を製造する方法。
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WO2003076478A1 (fr) * 2002-03-11 2003-09-18 Japan Science And Technology Agency Complexes arene-ruthenium immobilises sur polymeres, catalyseurs constitues par les complexes, et procedes de synthese organique utilisant ceux-ci
JP4932141B2 (ja) * 2004-05-28 2012-05-16 新日本製鐵株式会社 高分子錯体の特性制御方法
JP6063681B2 (ja) * 2012-09-19 2017-01-18 三菱瓦斯化学株式会社 金属錯体及び過酸化水素の製造方法
CN109569722A (zh) * 2017-09-28 2019-04-05 天津工业大学 2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸与稀土金属铽构筑的金属有机配合物的光催化性能研究

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