KR100954191B1 - Thiophene monomer having containing diketone, polythiophene, polythiophene copolymer and metal-coordinated polythiophene complex and a preparing method of the same - Google Patents

Thiophene monomer having containing diketone, polythiophene, polythiophene copolymer and metal-coordinated polythiophene complex and a preparing method of the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 디케톤을 포함하는 티오펜 유도체 화합물 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 티오펜 유도체 화합물로부터 합성되는 폴리티오펜 및 이의 공중합체 그리고 금속이 배위된 고분자 금속 복합체를 제공한다:The present invention provides a thiophene derivative compound comprising a diketone represented by the following formula (1) and a method for producing the same. The present invention also provides polythiophene and copolymers thereof synthesized from the thiophene derivative compounds, and metal-coordinated polymer metal complexes:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112002040152222-pat00001
Figure 112002040152222-pat00001

상기 식에서 R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록실기, 할로겐 원자, 할라이드, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 알킬하이드록실기, 알킬아릴하이드록실기, 아릴하이드록실기, 알킬카르복실기, 아릴카르복실기, 알킬아릴카르복실기, 알킬에스테르기, 아릴에스테르기, 알킬아릴에스테르기, 할로알킬기, 할로아릴기, 할로알킬아릴기, 니트로알킬기, 니트로아릴기, 니트로알킬아릴기, 알킬아미드, 아릴아미드, 알킬아릴아미드, 시아노알킬기, 시아노아릴기 및 시아노알킬아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된다. Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a halogen atom, a halide, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, an alkylhydroxyl group, an alkylarylhydroxyl group, or an arylhydroxyl group , Alkylcarboxyl group, arylcarboxyl group, alkylarylcarboxyl group, alkylester group, arylester group, alkylarylester group, haloalkyl group, haloaryl group, haloalkylaryl group, nitroalkyl group, nitroaryl group, nitroalkylaryl group, alkylamide , Arylamide, alkylarylamide, cyanoalkyl group, cyanoaryl group and cyanoalkylaryl group.

디케톤, 폴리티오펜, 전도성 중합체, 전기 전도성 금속 고분자 복합체 Diketones, polythiophenes, conductive polymers, electrically conductive metal polymer composites

Description

디케톤을 포함하는 티오펜 단량체, 이로부터 합성되는 폴리티오펜, 폴리티오펜 공중합체 및 금속 배위 폴리티오펜 고분자 금속 복합체, 및 이의 제조방법 {THIOPHENE MONOMER HAVING CONTAINING DIKETONE, POLYTHIOPHENE, POLYTHIOPHENE COPOLYMER AND METAL-COORDINATED POLYTHIOPHENE COMPLEX AND A PREPARING METHOD OF THE SAME}Thiophene monomers comprising diketone, polythiophene, polythiophene copolymer and metal coordination polythiophene polymer metal complex synthesized therefrom, and a method for preparing the same.THE PHHOPHENE MONOMER HAVING CONTAINING DIKETONE COORDINATED POLYTHIOPHENE COMPLEX AND A PREPARING METHOD OF THE SAME}

도 1은 실시예 3에서 제조된 티오펜 단량체와 3-데실티오펜의 몰비를 40 대 60으로 조절하여 합성된 폴리티오펜 공중합체 및 실시예 4에서 제조된 폴리티오펜 공중합체에 구리가 배위된 고분자 금속 복합체의 적외선 분광 스펙트럼을 보인 도면이다.1 is a polythiophene copolymer synthesized by adjusting the molar ratio of thiophene monomer and 3-decylthiophene prepared in Example 3 to 40 to 60 and copper coordination to the polythiophene copolymer prepared in Example 4. Shows an infrared spectral spectrum of the polymer metal composite.

도 2는 실시예 4에서 제조된 폴리티오펜 공중합체에 구리가 배위된 고분자 금속 복합체의 자외선 분광 스펙트럼을 보인 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing an ultraviolet spectral spectrum of a polymer metal composite in which copper is coordinated with the polythiophene copolymer prepared in Example 4. FIG.

도 3은 실시예 4에서 제조된 폴리티오펜 공중합체에 구리가 배위된 고분자 금속 복합체의 열분해 분석 결과를 보인 도면이다. Figure 3 is a view showing the results of pyrolysis analysis of the polymer metal complex copper is coordinated to the polythiophene copolymer prepared in Example 4.

[산업상 이용분야] [Industrial use]                         

본 발명은 티오펜 단량체, 이로부터 유도되는 폴리티오펜, 폴리티오펜 공중합체 및 금속 배위 폴리티오펜 고분자 금속 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 주사슬의 전기전도 특성과 곁가지의 디케톤(diketone)을 통한 금속 도입 특성을 가지는 티오펜 단량체, 이로부터 유도되는 폴리티오펜, 폴리티오펜 공중합체 및 금속 배위 폴리티오펜 고분자 금속 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to thiophene monomers, polythiophene, polythiophene copolymers and metal-coordinated polythiophene polymer metal composites and methods for their preparation. More specifically, the thiophene monomer having the electrical conductivity of the main chain and the metal introduction characteristics through the diketone of the side chain, polythiophene, polythiophene copolymer and metal coordination polythiophene polymer derived therefrom It relates to a metal composite and a method for producing the same.

[종래기술][Private Technology]

오늘날 과학 기술의 발전과 더불어 정보화는 산업 및 국방 분야를 넘어 개개인의 일상 생활에 까지 크게 영향을 미치고 있으며, 또한 전 세계적으로 급속하게 확대 일로를 걷고 있다. 정보화시대를 맞아 전기전자, 통신 및 국방 산업의 발전이 필연적이고 이는 전자장비의 복합화, 다양화 및 경량, 소형, 박형화로 개발되는 경향이 있으며 또한 회로적으로는 고기능, 고밀도, 고집적, 복합화가 진행되고 있다. 그리고 이들이 사용하는 전자파 주파수 대역의 확장으로 추구되고 있다. Today, with the development of science and technology, informatization has greatly influenced the daily lives of individuals beyond the industrial and defense fields, and is rapidly expanding all over the world. In the information age, the development of the electronics, telecommunications, and defense industries is inevitable, which tends to be developed as a complex, diversified, lightweight, compact, and thinner electronic equipment. It is becoming. And it is pursued by the extension of the electromagnetic frequency band which they use.

그 결과 기술적인 측면에서는 전기전자소재 및 회로에서의 전자파 상호간의 전자파 간섭이 커다란 문제점으로 대두되고 있으며 환경적인 측면으로서는 전자파 인체의 유해 여부 논란이 점차 확산되고 있다. 일반적으로 전자파 차폐는 전기적 특성이 잘 알려진 금속이나 금속산화물 재료에 의해 이루어져 왔으나, 무겁고, 불투명하며, 박막으로의 가공이 어렵고, 원하는 칼라의 구현이 어려우며, 가격이 비싸고, 전자파를 반사시켜 전자파를 차폐하기는 하나 전자파 흡수능이 전혀 없는 단점들을 가지고 있어서, 이들 금속 및 금속산화물 재료를 대체할 수 있는 새로운 고 성능 전자파 차폐 및 흡수 재료의 개발 필요성이 크게 대두되고 있다. As a result, the electromagnetic interference between the electromagnetic waves in the electrical and electronic materials and circuits has emerged as a major problem in the technical aspect, and the environmental debate is gradually spreading. In general, electromagnetic shielding has been made by metal or metal oxide materials, which are well known for their electrical properties, but are heavy, opaque, difficult to process into thin films, difficult to realize desired colors, expensive, and shield electromagnetic waves by reflecting electromagnetic waves. Although there are disadvantages in that there is no electromagnetic wave absorbing capacity, there is a great need for the development of new high performance electromagnetic shielding and absorbing materials that can replace these metal and metal oxide materials.

이에 대한 일환으로 섬유강화 복합재료, 플라스틱에 도전성 물질을 표면 처리한 재료, 플라스틱에 도전성 충진 재료를 혼합한 재료 등이 금속 및 금속산화물의 대체물로 연구 개발되고 있다. 최근에는 국내외적으로 전자파 장해 규제가 본격화됨에 따라 일반적인 섬유강화 복합재료와 각종 플라스틱 재료로서는 관련규제에 효과적으로 대응하기 어려우므로 이들 재료에 전도성을 부가한 전도성 고분자 및 복합재료에 관한 관심이 크게 증대되고 있다. 이러한 전기 전도성 고분자의 대표적인 예로서 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리파라페닐렌, 폴리파라페닐렌비닐렌, 폴리아세틸렌, 폴리아조메틴 등을 들 수 있다.As part of this, fiber-reinforced composite materials, materials that have been treated with conductive materials on plastics, and materials that have conductive fillers mixed with plastics have been researched and developed as substitutes for metals and metal oxides. Recently, as the regulation of electromagnetic interference in Korea and abroad is in full swing, general fiber-reinforced composite materials and various plastic materials are difficult to effectively respond to related regulations, and thus, interest in conductive polymers and composite materials having added conductivity to these materials has been greatly increased. . Representative examples of such electrically conductive polymers include polyaniline, polythiophene, polypyrrole, polyparaphenylene, polyparaphenylenevinylene, polyacetylene, polyazomethine and the like.

종래의 전기 전도성 고분자인 폴리아닐린, 폴리피롤과 폴리티오펜 유도체는 중합이 용이하고, 전기전도성이 비교적 높으며, 산화안정성 등의 물성이 우수하여 많은 주목을 받아 왔다. 이들 고분자의 전기 전도성 이외에도 방식성과 전기 변색특성을 지니므로 전자재료 및 방식용 코팅제, 스마트 윈도우 등에 응용할 수 있다.Polyaniline, polypyrrole and polythiophene derivatives of conventional electrically conductive polymers have been attracting much attention because they are easy to polymerize, have relatively high electrical conductivity, and have excellent physical properties such as oxidation stability. In addition to the electrical conductivity of these polymers have anticorrosive properties and electrochromic properties can be applied to electronic materials, anticorrosive coatings, smart windows and the like.

그러나, 이와 같이 주쇄에 공액 이중결합을 지닌 고분자 화합물은 이중결합에 포함된 전자들간의 상호인력으로 불용, 불융의 성질을 가져 가공에 많은 제약이 따른다. 이에 전도성 고분자의 가공성을 향상시키기 위해 노력해왔는데, 그의 일환으로 고분자들의 상호인력을 줄이기 위해 전도성 고분자를 분자량이 큰 도판트로 도핑시키거나 치환된 단량체를 도입하여 중합, 수용성 도판트의 도입, 제조된 중합체를 가수분해시키는 등의 방법을 이용하여 유기 용제나 물에 녹이려는 시도가 있었다. 그러나, 이는 매우 적은 양만이 용해되어 상업화에 한계가 있었다. 따라서, 최근의 연구들은 이러한 한계를 극복하기 위해 전도성 고분자들을 용제에 용해시키려는 시도보다는 분산 가능한 형태로 제조하고자 노력하고 있다.However, the polymer compound having a conjugated double bond in the main chain as described above has many limitations in processing due to insoluble and insoluble properties due to mutual attraction between electrons included in the double bond. To this end, efforts have been made to improve the processability of conductive polymers.As a part of them, polymers can be polymerized by introducing doped or substituted monomers into doped polymers with a large molecular weight dopant to reduce the mutual attraction of the polymers, and polymers prepared by introducing a water-soluble dopant. There have been attempts to dissolve in an organic solvent or water using a method such as hydrolysis. However, this was so limited that only a very small amount of solution had limited commercialization. Therefore, recent studies have attempted to produce conductive polymers in dispersible forms rather than attempting to dissolve conductive polymers in solvents to overcome these limitations.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 주사슬의 전기전도 특성과 곁가지의 디케톤을 통한 금속 도입 특성을 가지는 티오펜 단량체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention to provide a thiophene monomer having a metal conduction characteristics through the diketone of the side chain and the electrical conductivity of the main chain and a method for producing the same. It is for.

본 발명의 다른 목적은 티오펜 단량체로부터 유도되는 폴리티오펜, 폴리티오펜 공중합체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a polythiophene, polythiophene copolymer derived from a thiophene monomer, and a method for preparing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 금속 배위 폴리티오펜 고분자 금속 복합체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.It is still another object of the present invention to provide a metal coordination polythiophene polymer metal composite and a method of manufacturing the same.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 디케톤을 곁가지로 가지는 티오펜 유도체 화합물과 그 제조방법을 제공한다.The present invention to achieve the above object, the present invention provides a thiophene derivative compound having a diketone as a side and a method for producing the same.

본 발명은 또한 티오펜 유도체 화합물로부터 합성되는 폴리티오펜과 폴리티오펜 공중합체 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention also provides polythiophene and polythiophene copolymers synthesized from thiophene derivative compounds and methods for their preparation.

본 발명은 또한 폴리티오펜 또는 폴리티오펜 공중합체와 금속을 용액상에서 반응시켜 폴리티오펜 고분자의 곁가지의 디케톤에 금속을 도입함으로써 제조되는 전기 전도성 금속 배위 폴리티오펜 고분자 금속 복합체 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to an electrically conductive metal-coordinated polythiophene polymer metal composite prepared by reacting a polythiophene or polythiophene copolymer with a metal in solution to introduce a metal into a diketone of a side branch of the polythiophene polymer, and a method for producing the same. To provide.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.                     

본 발명의 바람직한 제1 구체예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 디케톤을 곁가지로 가지는 티오펜 유도체 화합물과 그 제조방법을 제공한다:According to a first preferred embodiment of the present invention, there is provided a thiophene derivative compound having a diketone represented by the following Chemical Formula 1, and a method for preparing the same:

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112002040152222-pat00002
Figure 112002040152222-pat00002

상기 식에서 R1, R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 하이드록실기, 할로겐 원자, 할라이드, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 알킬하이드록실기, 알킬아릴하이드록실기, 아릴하이드록실기, 알킬카르복실기, 아릴카르복실기, 알킬아릴카르복실기, 알킬에스테르기, 아릴에스테르기, 알킬아릴에스테르기, 할로알킬기, 할로아릴기, 할로알킬아릴기, 니트로알킬기, 니트로아릴기, 니트로알킬아릴기, 알킬아미드, 아릴아미드, 알킬아릴아미드, 시아노알킬기, 시아노아릴기 및 시아노알킬아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이하 본 발명의 명세서에서 특별한 언급이 없으면, 알킬기는 탄소수 1 내지 50의 알킬을 의미하며, 아릴은 탄소수 6 내지 24의 아릴을 의미한다.Wherein R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 each independently represent a hydrogen, a hydroxyl group, a halogen atom, a halide, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, an alkylhydroxyl group, an alkylarylhydroxyl group, and arylhydroxyl. Real group, alkyl carboxyl group, arylcarboxyl group, alkyl aryl carboxyl group, alkyl ester group, aryl ester group, alkyl aryl ester group, haloalkyl group, haloaryl group, haloalkylaryl group, nitroalkyl group, nitroaryl group, nitroalkylaryl group, alkyl Amide, arylamide, alkylarylamide, cyanoalkyl group, cyanoaryl group, and cyanoalkylaryl group. Unless stated otherwise in the specification of the present invention, an alkyl group means alkyl having 1 to 50 carbon atoms, and aryl means aryl having 6 to 24 carbon atoms.

상기 화학식 1의 티오펜 유도체 화합물은 다음의 공정을 거쳐 제조된다: 2-(3-티에닐)에탄올의 2-(3-티에닐)을 토실화(tosylation)시키고; 하기 화학식 1a 의 하이드록시 아세토페논(hydroxy acetophenone)의 R1, R2, R3, 및 R 4 위치에 각각 독립적으로 수소, 하이드록실기, 할로겐 원자, 할라이드, 탄소수 50 이내의 알킬기, 알킬하이드록실기, 알킬아릴하이드록실기, 아릴하이드록실기, 알킬카르복실기, 아릴카르복실기, 알킬아릴카르복실기, 알킬에스테르기, 아릴에스테르기, 알킬아릴에스테르기, 할로알킬기, 할로아릴기, 할로알킬아릴기, 니트로알킬기, 니트로아릴기, 니트로알킬아릴기, 알킬아미드, 아릴아미드, 알킬아릴아미드, 시아노알킬기, 시아노아릴기 및 시아노알킬아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환하고; 상기 토실화된 2-(3-티에닐)아세톤과 치환된 하이드록시 아세토페논과 반응시켜 케톤을 가지는 물질을 제조하고; 상기 케톤을 가지는 물질을 에틸 아세테이트와 반응시켜 디케톤을 가지는 화학식 1의 티오펜 유도체 화합물을 제조한다:The thiophene derivative compound of Formula 1 is prepared through the following process: tosylation 2- (3-thienyl) of 2- (3-thienyl) ethanol; R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 of the hydroxy acetophenone of Formula 1a are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a halogen atom, a halide, an alkyl group having up to 50 carbon atoms, and an alkyl hydroxy. Real group, alkyl aryl hydroxyl group, aryl hydroxyl group, alkyl carboxyl group, aryl carboxyl group, alkyl aryl carboxyl group, alkyl ester group, aryl ester group, alkyl aryl ester group, haloalkyl group, haloaryl group, haloalkylaryl group, nitroalkyl group Substituted with a substituent selected from the group consisting of nitroaryl groups, nitroalkylaryl groups, alkylamides, arylamides, alkylarylamides, cyanoalkyl groups, cyanoaryl groups, and cyanoalkylaryl groups; Reacting the tosylated 2- (3-thienyl) acetone with substituted hydroxy acetophenone to prepare a material having a ketone; The ketone-containing material is reacted with ethyl acetate to prepare a thiophene derivative compound of formula 1 having diketone:

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112002040152222-pat00003
Figure 112002040152222-pat00003

본 발명의 바람직한 제2 구체예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 티오펜 유도체 화합물로부터 합성되는 화학식 2의 폴리티오펜과 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체 및 그 제조방법을 제공한다: According to a second preferred embodiment of the present invention, there is provided a polythiophene of formula (2) and a polythiophene copolymer of formula (3) synthesized from the thiophene derivative compound represented by the formula (1) and a method for preparing the same:                     

[화학식 2] [Formula 2]

Figure 112002040152222-pat00004
Figure 112002040152222-pat00004

[화학식 3] [Formula 3]

Figure 112002040152222-pat00005
Figure 112002040152222-pat00005

상기 식에서 R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 하이드록실기, 할로겐 원자, 할라이드, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 알킬하이드록실기, 알킬아릴하이드록실기, 아릴하이드록실기, 알킬카르복실기, 아릴카르복실기, 알킬아릴카르복실기, 알킬에스테르기, 아릴에스테르기, 알킬아릴에스테르기, 할로알킬기, 할로아릴기, 할로알킬아릴기, 니트로알킬기, 니트로아릴기, 니트로알킬아릴기, 알킬아 미드, 아릴아미드, 알킬아릴아미드, 시아노알킬기, 시아노아릴기 및 시아노알킬아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고, n은 중합도로서 2 내지 100,000의 값을 가지며, x는 몰비로서 0.0 내지 1.0의 범위에 있다.Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a halogen atom, a halide, an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, an alkyl hydroxyl group, an alkylaryl hydroxyl group, Aryl hydroxyl group, alkyl carboxyl group, aryl carboxyl group, alkyl aryl carboxyl group, alkyl ester group, aryl ester group, alkyl aryl ester group, haloalkyl group, haloaryl group, haloalkylaryl group, nitroalkyl group, nitroaryl group, nitroalkylaryl Group, alkylamide, arylamide, alkylarylamide, cyanoalkyl group, cyanoaryl group and cyanoalkylaryl group, n has a value of 2 to 100,000 as the degree of polymerization, and x is a molar ratio of 0.0 to 0.0 It is in the range of 1.0.

상기 화학식 2의 폴리티오펜은 화학식 1의 티오펜 단량체를 용액상에서 산화제를 사용하여 중합함으로써 합성된다. 상기 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체는 화학식 1의 티오펜 단량체을 주단량체로 하고 3번 위치에 R5가 치환된 티오펜을 공단량체로 하여 이 두 단량체의 몰 비를 조절하여 용액 상에서 산화제를 사용하여 중합함으로써 합성된다. 본 발명에 따른 상기 화학식 2의 폴리티오펜과 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체는 열적 및 환경적 안정성이 뛰어나고 고분자 주쇄가 파이-공액구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하며, 동시에 폴리티오펜의 3번 위치에 다양한 곁가지를 가지기 때문에 가용성이 뛰어나 다양한 유기용매나 유기용매/물 혼합용액에 용해가 쉬어 가공성이 우수하다. The polythiophene of Chemical Formula 2 is synthesized by polymerizing the thiophene monomer of Chemical Formula 1 using an oxidizing agent in a solution phase. In the polythiophene copolymer of Formula 3, the thiophene monomer of Formula 1 is used as the main monomer and the thiophene substituted with R 5 at position 3 is used as a comonomer to adjust the molar ratio of the two monomers to use an oxidizing agent in solution. Synthesized by polymerization. The polythiophene of Formula 2 and the polythiophene copolymer of Formula 3 according to the present invention are characterized by excellent thermal and environmental stability and the polymer backbone having a pi-conjugated structure, and at the same time It has high solubility because it has various side branches in position, so it is easy to dissolve in various organic solvents or organic solvent / water mixed solution, and has excellent processability.

상기 화학식 2의 폴리티오펜과 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체는 고분자 주쇄가 파이-공액구조를 가지고 있어 다양한 도핑제로 도핑시킴으로써 전기전도 특성을 구현할 수 있다. 상기 고분자들은 유기용매나 유기용매/물의 혼합 용액, 거의 모든 산 및 염과 요오드로 도핑되며, 바람직하게는 유기용매나 유기용매/물의 혼합 용액에서 음이온을 낼 수 있는 클로라이드, 퍼클로라이드, 테트라플루오로보레이트, 파라-톨루엔 설포네이트, 트리플루오로메탄 설포네이트, 헥사플루오로포스페이트, 폴리스티렌 설포네이트 군과 양이온을 내는 소디움 군으로부터 선택된 한 가지 도핑제 또는 한 가지 이상의 도핑제들로 도핑될 수 있다. In the polythiophene of Formula 2 and the polythiophene copolymer of Formula 3, the polymer main chain has a pi-conjugated structure, so that the conductive properties can be realized by doping with various dopants. The polymers are doped with organic solvents or mixed solutions of organic solvents / water, almost all acids and salts and iodine, and are preferably chloride, perchloride or tetrafluoro which can generate anions in organic solvents or mixed solutions of organic solvents / water. It may be doped with one or more dopants selected from borate, para-toluene sulfonate, trifluoromethane sulfonate, hexafluorophosphate, polystyrene sulfonate group and cationically sodium group.

위와 같이 화학식 2의 폴리티오펜과 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체를 도핑제를 이용하여 도핑함에 있어서 용매로는 모든 산용액과 유기용매가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 염산, 인산, 질산, 테트라플루오로보레이트산, 파라-톨루엔 설포네이트산, 트리플루오로메탄 설포네이트산, 헥사플루오로포스페이트산, 폴리스티렌 설포네이트, 클로로포름, 아세토나이트릴, 니트로메탄, 테트라하이드로퓨란, 메타크레졸로 이루어지는 군으로부터 한 가지 또는 한 가지 이상을 사용할 수 있다. As described above, in the doping of the polythiophene of Formula 2 and the polythiophene copolymer of Formula 3 with the dopant, all acid solutions and organic solvents may be used, and preferably hydrochloric acid, phosphoric acid, nitric acid, tetra Fluoroborate acid, para-toluene sulfonate acid, trifluoromethane sulfonate acid, hexafluorophosphate acid, polystyrene sulfonate, chloroform, acetonitrile, nitromethane, tetrahydrofuran, methacresol Eggplant or more than one can be used.

본 발명의 바람직한 제3 구체예에 따르면, 상기 화학식 2의 폴리티오펜 또는 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체와 금속을 용액상에서 반응시켜 폴리티오펜 고분자의 곁가지의 디케톤에 금속을 도입함으로써 전기 전도성 금속 배위 폴리티오펜 고분자 금속 복합체 및 그 제조방법을 제공한다. 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체와 금속이 배외된 고분자 금속 복합체는 하기 화학식 4와 같다: According to a third preferred embodiment of the present invention, the electrical conductivity by introducing a metal into the diketone of the side branches of the polythiophene polymer by reacting the polythiophene of the formula (2) or the polythiophene copolymer of the formula (3) in a solution phase Provided are a metal coordination polythiophene polymer metal composite and a method of manufacturing the same. The polythiophene copolymer of Formula 3 and the polymer metal complex excluding the metal are represented by the following Formula 4:                     

[화학식 4][Formula 4]

Figure 112002040152222-pat00006
Figure 112002040152222-pat00006

상기 식에서 R1, R2, R3, R4 및 R5는 상기 화학식 1 내지 3에서 정의된 바와 같고, n은 중합도로서 2 내지 100,000의 값을 가지며, x는 몰비로서 0.0 내지 1.0의 범위에 있다. Wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are as defined in Chemical Formulas 1 to 3, n has a value of 2 to 100,000 as the degree of polymerization, and x is a molar ratio in the range of 0.0 to 1.0. have.

금속 배위 고분자 금속 복합체의 제조에 사용되는 금속은 모든 금속이 될 수 있으며, 특히 주기율표상의 Li, Na, K, 및 Rb 등의 알칼리 금속, Mg, Ca, Sr 및 Ba 등의 알칼리토금속, 2가나 3가의 전자를 가진 전이금속 등이 바람직하다.The metal used to prepare the metal coordination polymer metal composite may be any metal, in particular alkali metals such as Li, Na, K, and Rb on the periodic table, alkaline earth metals such as Mg, Ca, Sr and Ba, divalent or 3 Preferred are transition metals having valence electrons.

상기 고분자 금속 복합체는 고분자 주쇄가 파이-공액 구조를 가짐으로써 다양한 도핑제의 도핑에 의한 전기전도 특성과 금속 배위에 의한 곁가지의 전기 전도성 고분자 금속 하이브리드 복합체 특성을 활용하여 전기전자 디바이스 및 전자제어 디바이스용 소재로의 응용성과 전기 전도성 고분자 금속 하이브리드 복합체는 고분자 촉매로의 응용성도 기대된다. The polymer metal composite has a pi-conjugated structure in which the polymer main chain is used for electric electronic devices and electronic control devices by utilizing the electric conduction properties by doping of various dopants and the electrically conductive polymer metal hybrid composite properties of side branches by metal coordination. Applicability to materials and electrically conductive polymer metal hybrid composites are also expected to be useful as polymer catalysts.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention. However, the following examples are only presented to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1: 화학식 1의 티오펜 단량체의 합성Example 1 Synthesis of Thiophene Monomer of Formula 1

먼저 첫 번째 단계로 질소 분위기에서 반응 용기를 0 ℃ 로 유지시킨 후 2-(3-티에닐)에탄올과 p-TSC(파라-톨루엔술포닉클로라이드)을 넣은 후 클로로포름과 피리딘(pyridine)을 첨가하여 수 분 내지 수 시간 동안 반응을 진행시킨 후 에테르와 증류수를 첨가하고 염산 용액으로 여러 번 씻어 내고 5% NaHCO3와 물을 첨가하여 씻어낸 후 유기층을 분리한 다음 용매를 감압하여 제거한 후 토실이 도입된 톨루엔-4-설폰산 2-티오펜-3-일-에틸 에스테르(toluene-4-sulfonic acid 2-thiophen-3-yl-ethyl ester)를 합성하였다. 두 번째 단계로서 토실화된 티오펜 유도체에 케톤을 도입하는 단계로서 DME(에틸렌 디메틸 글리콜 에테르) 내에 염기성 촉매인 NaH을 분산 시킨 후 톨루엔-4-설폰산 2-티오펜-3-일-에틸 에스테르와 p-하이드록시 아세토페논을 DME에 녹여 첨가한다. 첨가가 완료된 후 3일에서 5일 동안 환류를 시켜 반응을 완결하고 생성된 혼합물을 감압 하에서 농축시킨다. 농축된 혼합물에 에틸아세테이트와 물을 과량 첨가하여 유기층을 분리하고 유기층 내에 남아 있는 소량의 물을 MgSO4로 제거한다. 이렇게 생성된 혼합물 내의 용매를 제거하고 헥산과 에틸아세테이트를 전개 용매로 하여 실리카 컬럼을 사용하여 3-(에틸옥시아세토페닐)티오펜을 합성하였다. 세 번째 단계로서 DME 내에 NaH을 분산시킨 후 이렇게 분산된 혼합물에 3-(에틸옥시아세토페닐)티오펜과 과량의 에틸 아세테이트를 첨가하여 3일 내지 7일 동안 환류를 시켜 반응을 완결하고 생성된 혼합물을 감압에서 농축시킨다. 농축된 물질을 과량의 에테르로 묽혀 여러 번 물로 씻어낸다. 에테르 유기층을 분리하여 진한 염산 용액과 메틸렌 클로라이드를 사용하여 추출을 하고 MgSO4로 소량의 물을 제거한 다음 용매를 제거하고 헥산과 에틸 아세테이트를 전개 용매로 하여 실리카 컬럼을 이용하여 순수한 고체 물질인 3-(에틸옥시아세틸아세토페닐)티오펜을 합성하였다.First, in a nitrogen atmosphere, the reaction vessel is maintained at 0 ° C., 2- (3-thienyl) ethanol and p-TSC (para-toluenesulphonic chloride) are added, and then chloroform and pyridine are added. After the reaction was carried out for several minutes to several hours, ether and distilled water were added, washed several times with hydrochloric acid solution, washed with 5% NaHCO 3 and water, the organic layer was separated, the solvent was removed under reduced pressure, and then tosyl was introduced. Toluene-4-sulfonic acid 2-thiophen-3-yl-ethyl ester was synthesized. As a second step, a ketone is introduced into the tosylated thiophene derivative. Toluene-4-sulfonic acid 2-thiophen-3-yl-ethyl ester is obtained by dispersing the basic catalyst NaH in DME (ethylene dimethyl glycol ether). And p-hydroxy acetophenone dissolved in DME and added. After the addition is complete, reflux is carried out for 3 to 5 days to complete the reaction and the resulting mixture is concentrated under reduced pressure. An excess of ethyl acetate and water is added to the concentrated mixture to separate the organic layer, and a small amount of water remaining in the organic layer is removed with MgSO 4 . The solvent in the resulting mixture was removed and 3- (ethyloxyacetophenyl) thiophene was synthesized using a silica column using hexane and ethyl acetate as developing solvents. As a third step, NaH was dispersed in DME, and 3- (ethyloxyacetophenyl) thiophene and excess ethyl acetate were added to the dispersed mixture to reflux for 3 to 7 days to complete the reaction, and the resulting mixture was completed. Is concentrated at reduced pressure. The concentrated material is diluted with excess ether and washed several times with water. The ether organic layer was separated, extracted with concentrated hydrochloric acid solution and methylene chloride, a small amount of water was removed with MgSO 4 , the solvent was removed, and hexane and ethyl acetate were used as developing solvents. (Ethyloxyacetylacetophenyl) thiophene was synthesized.

1H NMR(δ, CDCl3), 7.92(m, 2H, Ph-H), 7.27(t, 1H, Ph-H), 709.(s, 1H, Ph-H), 7.02(t, 1H, Ph-H), 6.92(t, 2H, Ph-H), 6.01(s, 1H, vinyl), 4.25(t, 2H, methylene), 3.17(t, 2H, methylene), 2.16(s, 3H, methyl) 1 H NMR (δ, CDCl 3), 7.92 (m, 2H, Ph-H), 7.27 (t, 1H, Ph-H), 709. (s, 1H, Ph-H), 7.02 (t, 1H, Ph -H), 6.92 (t, 2H, Ph-H), 6.01 (s, 1H, vinyl), 4.25 (t, 2H, methylene), 3.17 (t, 2H, methylene), 2.16 (s, 3H, methyl)

실시예 2: 폴리티오펜 합성Example 2: Polythiophene Synthesis

상기 실시예 1에서 합성된 티오펜 단량체인 3-(에틸옥시아세틸아세토페닐)티오펜을 클로로포름이나 아세트나이트릴 용매에 녹인 후 산화제인 페릭클로라이드를 단량체 당량비 1 내지 4배의 비로 하여 15분 내지 24시간 반응을 하고 메탄올에 침전을 생성시켜 거른 후 60 ℃ 의 진공 오븐에서 건조하여 디케톤을 포함하는 폴리티오펜이 반응 시간에 따라 1,000-100,000 범위의 무게평균분자량을 갖는 폴리티오펜이 합성되었다.Dissolve 3- (ethyloxyacetylacetophenyl) thiophene, which is the thiophene monomer synthesized in Example 1, in chloroform or acetonitrile solvent, and then ferric chloride, which is an oxidizing agent, in a ratio of 1 to 4 times the monomer equivalent ratio. After reacting for a time and forming a precipitate in methanol, it was dried in a vacuum oven at 60 ℃ to synthesize a polythiophene containing a diketone polythiophene having a weight average molecular weight range of 1,000-100,000 depending on the reaction time.

실시예 3: 폴리티오펜 공중합체 합성Example 3: Polythiophene Copolymer Synthesis

상기 실시예 1에서 합성된 티오펜 단량체, 3-(에틸옥시아세틸아세토페닐)티오펜과 3-데실티오펜을 같은 당량비 또는 당량비를 조절하여 산화제인 페릭클로라이드를 단량체 당량비 1 내지 4배로 하여 15분 내지 24시간 반응을 하고 메탄올에 침전을 생성시켜 거른 후 60 ℃ 의 진공 오븐에서 건조하였다. 반응 시간에 따라 1,000-100,000 범위의 무게평균분자량을 가지는 폴리티오펜-폴리(3-데실티오펜)의 공중합체가 합성되었다.The thiophene monomer synthesized in Example 1, 3- (ethyloxyacetylacetophenyl) thiophene and 3-decylthiophene were adjusted in the same equivalence ratio or equivalence ratio, so that ferric chloride as an oxidizing agent was used in a monomer equivalent ratio of 1 to 4 times for 15 minutes. The reaction was carried out for 24 hours to form a precipitate in methanol, which was then filtered and dried in a vacuum oven at 60 ° C. A copolymer of polythiophene-poly (3-decylthiophene) having a weight average molecular weight in the range of 1,000-100,000 was synthesized depending on the reaction time.

실시예 4: 금속 배위 폴리티오펜 고분자 금속 복합체의 합성Example 4 Synthesis of Metal Coordination Polythiophene Polymer Metal Composite

상기 실시예 2의 폴리티오펜과 실시예 3의 폴리티오펜 공중합체를 클로로포름 용매에 녹인 후 쿠퍼아세테이트를 소량의 메탄올에 녹인 후 첨가하여 30-100 ℃ 의 온도 범위에서 1시간 내지 5일간 반응을 하여 메탄올에 침전을 생성시켜 폴리티오펜 또는 이의 공중합체의 디케톤과 구리를 배위하는 전기 전도성 고분자 금속 복합체가 합성되었다. After dissolving the polythiophene of Example 2 and the polythiophene copolymer of Example 3 in a chloroform solvent, cooperacetate was dissolved in a small amount of methanol, and then added to react for 1 hour to 5 days at a temperature range of 30-100 ° C. The precipitate was formed in methanol to synthesize an electroconductive polymer metal complex coordinating diketone and copper of polythiophene or a copolymer thereof.

실시예 5: 합성 고분자 금속 복합체의 확인Example 5: Identification of Synthetic Polymer Metal Composites

상기 실시예 3에서 티오펜 단량체, 3-(에틸옥시아세틸아세토페닐)티오펜과 3-데실티오펜의 몰비를 40 대 60으로 조절하여 합성된 폴리티오펜 공중합체의 합성 여부를 적외선 분광법, 자외선 분광법 및 열분해분석으로 확인하였다. 그 결과를 차례로 도 1 내지 도 3에 도시하였다. In Example 3, whether the synthesis of the polythiophene copolymer synthesized by adjusting the molar ratio of the thiophene monomer, 3- (ethyloxyacetylacetophenyl) thiophene and 3-decylthiophene to 40 to 60 was determined by infrared spectroscopy and ultraviolet ray. Confirmed by spectroscopy and pyrolysis. The results are shown in Figs. 1 to 3 in turn.

실시예 4에서 티오펜 단량체, 3-(에틸옥시아세틸아세토페닐)티오펜과 3-데실티오펜의 몰비를 40 대 60으로 조절하고, 폴리티오펜과 폴리(3-데실티오펜)의 공중 합체의 디케톤에 구리가 배위된 전기 전도성 고분자 금속 복합체의 합성 여부는 적외선 분광법, 자외선 분광법 및 열분해분석에 의해 확인하였다. 그 결과를 차례로 도 1 내지 도 3에 도시하였다. 도 1 내지 도 3에서 P3EAET-co-P3DT(40:60)은 3-(에틸옥시아세틸아세토페닐)티오펜과 3-데실티오펜의 몰비를 40 대 60으로 조절하여 합성된 폴리티오펜 공중합체를 의미하고, P3EAET-co-P3DT(40:60, Cu) 및 P3EAET-co-P3DT(40:60)-Cu com은 구리가 배위된 전기 전도성 금속 복합체를 의미하고, P3EAET-co-P3DT(40:60)+Cu는 배위의 유무를 확인하기 위해 P3EAET-co-P3DT(40:60)와 구리의 혼합물을 의미한다. In Example 4, the molar ratio of thiophene monomer, 3- (ethyloxyacetylacetophenyl) thiophene and 3-decylthiophene was adjusted to 40 to 60, and copolymers of polythiophene and poly (3-decylthiophene) Synthesis of the electrically conductive polymer metal complex in which copper is coordinated to diketone of was confirmed by infrared spectroscopy, ultraviolet spectroscopy and pyrolysis analysis. The results are shown in Figs. 1 to 3 in turn. 1 to 3, P3EAET-co-P3DT (40:60) is a polythiophene copolymer synthesized by adjusting the molar ratio of 3- (ethyloxyacetylacetophenyl) thiophene and 3-decylthiophene to 40 to 60. P3EAET-co-P3DT (40:60, Cu) and P3EAET-co-P3DT (40:60) -Cu com mean an electrically conductive metal complex with copper coordinates, and P3EAET-co-P3DT (40). : 60) + Cu means a mixture of P3EAET-co-P3DT (40:60) and copper to check for coordination.

도 1의 적외선 분광 스펙트럼에서 1250 cm-1와 1180 cm-1 부근에서의 피크(streching vibration)은 티오펜이 2번과 5번 위치에서 치환에 의해 고분자를 형성하는 형태를 보여주며, 1600 내지 1500 cm-1 부근에서는 벤젠과 티오펜 고리의 진동 형태가 중첩되어 나타나고 있다. 그리고, 가장 두드러진 특정 피크는 금속이 배위되지 않았을 경우에 나타나는 디케톤에 해당되는 피크가 1610 cm-1에서 나타나지만 구리가 배위되었을 경우 상대적으로 무거운 구리에 의해 이 피크가 1600 cm-1로 이동하여 나타남을 알 수 있다. In the infrared spectral spectrum of FIG. 1, the peaks near 1250 cm −1 and 1180 cm −1 show thiophene formation of a polymer by substitution at positions 2 and 5, 1600-1500 In the vicinity of cm −1 , vibration patterns of benzene and thiophene rings overlap. The most prominent peak is the peak corresponding to the diketone at 1610 cm -1 when the metal is not coordinated, but shifted to 1600 cm -1 by relatively heavy copper when the copper is coordinated It can be seen.

도 2의 자외선 분광법에 의해 얻은 스펙트럼으로서 구리가 배위되지 않을 경우 단파장 영역에서 특성 피크가 나타나지 않지만 배위체를 형성 하였을 경우 310 nm에서 디케톤과 구리가 배위되어 이러한 특성 피크가 나오는 것을 알 수 있다. 또 한 배위 유무를 확인하기 위해 구리와 합성된 고분자 혼합물을 사용하여 특성 피크를 확인 해 보았지만 특징적인 피크는 보이지 않는 것으로 보아 구리가 배위되어 있음을 확인 할 수 있다.When the copper is not coordinated as a spectrum obtained by the ultraviolet spectroscopy of FIG. 2, the characteristic peak does not appear in the short wavelength region, but when the ligand is formed, diketone and copper are coordinated at 310 nm to show the characteristic peak. In addition, although the characteristic peak was confirmed using the polymer mixture synthesized with copper to confirm the coordination, it can be seen that the copper is coordinated because the characteristic peak is not seen.

도 3의 열분석 그래프로서 구리가 배위되지 않았을 경우 보다는 배위 되었을 경우에 더 높은 온도에서 분해가 일어나고 있다. 이는 디케톤과 구리가 배위됨으로서 이러한 배위체를 열적으로 분해하는데 더 많은 열 에너지가 필요하기 때문이며, 400℃ 이상에서 배위되지 않는 고분자의 경우 무게 감소가 거의 일정하고 배위된 고분자의 경우는 계속적으로 무게가 감소하고 있음을 보여주는데 이는 구리가 분해 후 남아 있음을 의미한다. In the thermal analysis graph of FIG. 3, decomposition occurs at a higher temperature when copper is coordinated than when it is not coordinated. This is because diketone and copper coordination require more thermal energy to thermally decompose these ligands, and the weight loss is almost constant for polymers that are not coordinated above 400 ° C, and continuously for weights of coordinated polymers. Is decreasing, indicating that copper remains after decomposition.

본 발명을 통한 폴리티오펜 유도체는 주사슬에 의한 전기전도 특성 및 곁가지에 도입된 디케톤을 이용하여 금속을 배위 시켜 전도 특성을 향상시킬 수 있고, 공중합체를 제조한 후 금속을 배위 시킨 경우에도 유기 용매에 대하여 상당한 용해도를 보이며, 또한 열적인 안정성이 매우 우수하다. 그러므로, 본 발명의 폴리티오펜 유도체는 대전 방지용, 부식 방지용 도료의 첨가제 전기전자 디바이스 및 전자파 제어 디바이스와 시스템용 소재로의 활용성이 높다.The polythiophene derivative according to the present invention can improve conduction properties by coordinating a metal by using a diketone introduced into the side chain and electrical conduction characteristics by the main chain, and even after coordinating a metal after preparing a copolymer. It exhibits considerable solubility in organic solvents and is very good in thermal stability. Therefore, the polythiophene derivative of the present invention has high utility in additives for antistatic and anticorrosive coatings, for electric and electronic devices, and for electromagnetic wave control devices and systems.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다. All simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be seen to be included in the scope of the present invention.

Claims (5)

화학식 1로 표시되는 곁가지에 디케톤을 포함하는 티오펜 유도체 화합물:Thiophene derivative compound comprising a diketone to the side branch represented by the formula (1): [화학식 1][Formula 1]
Figure 112009077837645-pat00007
Figure 112009077837645-pat00007
상기 식에서 R1, R2, R3, 및 R4는 수소임. Wherein R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are hydrogen.
2-(3-티에닐)에탄올의 2-(3-티에닐)을 토실화(tosylation)시키고;Tosylation of 2- (3-thienyl) of 2- (3-thienyl) ethanol; 상기 토실화된 2-(3-티에닐)아세톤과 하기 화학식 1a의 하이드록시 아세토페논과 반응시켜 케톤을 가지는 물질을 제조하고; Reacting the tosylated 2- (3-thienyl) acetone with hydroxy acetophenone of Formula 1a to prepare a material having a ketone; 상기 케톤을 가지는 물질을 에틸 아세테이트와 반응시키는 공정을 포함하는 제1항의 티오펜 유도체 화합물의 제조방법:A method for preparing a thiophene derivative compound according to claim 1 comprising the step of reacting a substance having the ketone with ethyl acetate: [화학식 1a][Formula 1a]
Figure 112009077837645-pat00008
Figure 112009077837645-pat00008
상기 화학식 1a에서 R1, R2, R3, 및 R4 는 수소임.R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 in Formula 1a are hydrogen.
제1항의 티오펜 유도체 화합물로부터 합성되는 화학식 2의 폴리티오펜 및 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 중합체:A polymer selected from the group consisting of polythiophene of formula 2 and polythiophene copolymer of formula 3 synthesized from the thiophene derivative compound of claim 1 [화학식 2] [Formula 2]
Figure 112009077837645-pat00009
Figure 112009077837645-pat00009
[화학식 3] [Formula 3]
Figure 112009077837645-pat00010
Figure 112009077837645-pat00010
상기 식에서 R1, R2, R3, 및 R4는 수소이고, R5는 수소 또는 탄소수 1 내지 50의 알킬기이고, n은 중합도로서 2 내지 100,000의 값을 가지며, x는 몰비임.Wherein R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are hydrogen, R 5 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms, n has a value of 2 to 100,000 as a degree of polymerization, and x is a molar ratio.
제3항의 화학식 2의 폴리티오펜 및 화학식 3의 폴리티오펜 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 중합체와 금속이 배위되어 형성된 고분자 금속 복합체.  A polymer metal composite formed by coordinating a metal and a polymer selected from the group consisting of polythiophene of Formula 2 and polythiophene copolymer of Formula 3. 제4항에 있어서, 상기 금속은 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 전이금속인 고분자 금속 복합체.The polymer metal composite of claim 4, wherein the metal is an alkali metal, an alkaline earth metal, or a transition metal.
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