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特許71424663,4-エチレンジオキシチオフェン構造を有する共重合体
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-15
(45)【発行日】2022-09-27
(54)【発明の名称】3,4-エチレンジオキシチオフェン構造を有する共重合体
(51)【国際特許分類】
   C08G 61/12 20060101AFI20220916BHJP
   H01L 51/46 20060101ALI20220916BHJP
【FI】
C08G61/12
H01L31/04 152E
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2018098166
(22)【出願日】2018-05-22
(65)【公開番号】P2019203056
(43)【公開日】2019-11-28
【審査請求日】2021-04-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000003300
【氏名又は名称】東ソー株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000173762
【氏名又は名称】公益財団法人相模中央化学研究所
(72)【発明者】
【氏名】秋山 映一
(72)【発明者】
【氏名】山崎 学
(72)【発明者】
【氏名】箭野 裕一
(72)【発明者】
【氏名】西山 正一
(72)【発明者】
【氏名】曽我 真一
【審査官】今井 督
(56)【参考文献】
【文献】特表2005-513219(JP,A)
【文献】特開平10-120769(JP,A)
【文献】特開2016-102190(JP,A)
【文献】特開2017-101104(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G 61/00- 61/12
H01L 31/04
CAPlus/Registry(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(1)
【化1】
(式中、mは2又は3の整数を表す。Mは水素イオン又はカチオンを表す。Rは水素原子又はメチル基を表す。)
で示される繰り返し単位、及び下記一般式(2)
【化2】
式中、Q は下記一般式(4)
【化3】
(式中、mは2又は3の整数を表す。Rは水素原子又はメチル基を表す。 は、炭素数が12以下のアルキルアミノ基、又は炭素数が12以下のジアルキルアミノ基を表す。)
で表される基を表す。)
で示される繰り返し単位を含むチオフェン共重合体。
【請求項2】
が水素イオンであることを特徴とする、請求項1に記載のチオフェン共重合体。
【請求項3】
が2であり、且つRがメチル基であることを特徴とする、請求項1に記載のチオフェン共重合体。
【請求項4】
は2であり、Rはメチル基であることを特徴とする、請求項1に記載のチオフェン共重合体。
【請求項5】
請求項1から4のいずれかに記載のチオフェン共重合体と有機溶媒を含み、前記のチオフェン共重合体の濃度が0.2重量%以上であることを特徴とする組成物。
【請求項6】
有機溶媒がN,N-ジメチルホルムアミド又はN,N-ジメチルアセトアミドを50体積%以上含む溶媒である、請求項5に記載の組成物。
【請求項7】
請求項5又は6に記載の組成物を用いて作製することを特徴とする電極又は電子デバイス。
【請求項8】
下記一般式(5)
【化4】
(式中、mは2又は3の整数を表す。Rは水素原子又はメチル基を表す。Zは、tert-ブチル基を除く、炭素数3又は4の炭化水素基を表す。)
で示される繰り返し単位、及び下記一般式(2)
【化5】
式中、Q は下記一般式(4)
【化6】
(式中、mは2又は3の整数を表す。Rは水素原子又はメチル基を表す。 は、炭素数が12以下のアルキルアミノ基、又は炭素数が12以下のジアルキルアミノ基を表す。)
で表される基を表す。)
で示される繰り返し単位を含むスルホン酸エステルチオフェン共重合体と塩基を接触させることを特徴とする、請求項1に記載のチオフェン共重合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
有機溶媒に可溶な自己ドープ型ポリチオフェン共重合体、及びその製造法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)構造を有する導電性ポリマーはフレキシブル基板回路、透明電極、キャパシタ、静電気除去剤、有機EL素子や有機太陽電池におけるホール注入・輸送材料などに用いられている。ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)は単独では不溶不融であるため、ポリスチレンスルホン酸(PSS)と複合化したPEDOT:PSSとすることによって、水分散液として供される。PSSはポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)のドーパント及び水分散剤として機能する。また、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)にスルホン酸基を有する側鎖を導入した自己ドープ型ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)誘導体が知られている。例えば特許文献1~3ではスルホン酸基を有する3,4-エチレンジオキシチオフェン誘導体を水溶液中で酸化重合することによって自己ドープ型のポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)誘導体が得られることが開示されている。自己ドープ型のポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)誘導体はポリマー鎖の側鎖にスルホン酸(塩)基を有するため、ポリマー同士の複合体であるPEDOT:PSSに比べて水への分散性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許第5,111,327号明細書(1992年).
【文献】国際公開第2014/007299号パンフレット(2014年).
【文献】国際公開第2015/194657号パンフレット(2015年).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)構造を有する導電性ポリマーは、水分散液として供されているが、一方、多くの電子デバイスにおいて水は忌避したい成分であり、水を用いない導電性ポリマー溶液の塗布製膜での製造が望まれている。すなわち有機溶媒に可溶なポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)構造を有する導電性ポリマーが求められている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、スルホン酸アルキルエステル基を有する3,4-エチレンジオキシチオフェン誘導体と、有機溶媒への親和性置換基を有する3,4-エチレンジオキシチオフェン誘導体とを共重合することによって、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等の有機溶媒に可溶な3,4-エチレンジオキシチオフェン誘導体のコポリマーを製造し、更にスルホン酸エステル基を加水分解することによってこれらの有機溶媒に可溶または分散可能な自己ドープ型3,4-エチレンジオキシチオフェン誘導体のコポリマーを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】
すなわち、本発明は、下記一般式(1)
【0007】
【化1】
【0008】
(式中、mは2又は3の整数を表す。Mは水素イオン又はカチオンを表す。Rは水素原子又はメチル基を表す。)で示される繰り返し単位、及び下記一般式(2)
【0009】
【化2】
【0010】
{式中、Qは炭素数が6から22の脂肪族炭化水素基、下記一般式(3)
【0011】
【化3】
【0012】
(式中、aは2から4の整数、bは1から5の整数、cは1から4の整数を表す)で表されるポリオキシメチレン基、及び下記一般式(4)
【0013】
【化4】
【0014】
(式中、mは2又は3の整数を表す。Rは水素原子又はメチル基を表す。Zは、2,2-ジメチルプロポキシ基、1-エチルプロポキシ基、3-メチル-2-ブトキシ基、2-エチル-1-ブトキシ基、2-メチル-1-ペンチルオキシ基、3-メチル-2-ペンチルオキシ基、3,3-ジメチル-2-ブトキシ基、2-メチル-3-ヘキシルオキシ基、2,4-ジメチル-3-ペンチルオキシ基、2-エチル-1-ヘキシルオキシ基、2-メチル-3-オクチルオキシ基、3-ヒドロキシ-2,2-ジメチルプロポキシ基、3-ヒドロキシ-2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロポキシ基、3-ヒドロキシ-2-ヒドロキシメチル-2-メチルプロポキシ基、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)ブトキシ基、2-ヒドロキシメチル-2-メチルペンチルオキシ基、3-ヒドロキシ-2,2,4-トリメチルペンチルオキシ基及び2-エチル-2-ヒドロキシメチルヘキシルオキシ基から選ばれるアルコキシ基、炭素数が12以下のアルキルアミノ基、又は炭素数が12以下のジアルキルアミノ基を表す。)
で表される基から選ばれる有機基を表す。}
で示される繰り返し単位を含むチオフェン共重合体(以下、本発明のチオフェン共重合体と呼ぶ。)に関するものである。
【0015】
また、本発明のチオフェン共重合体と有機溶媒を含み、前記のチオフェン共重合体の濃度が0.2重量%以上であることを特徴とする組成物、及び組成物を用いて作製することを特徴とする電極または電子デバイスに関する。
【0016】
更に、下記一般式(5)
【0017】
【化5】
【0018】
(式中、mは2又は3の整数を表す。Rは水素原子又はメチル基を表す。Zは、tert-ブチル基を除く、炭素数3又は4の炭化水素基を表す。)で示される繰り返し単位、及び下記一般式(2)
【0019】
【化6】
【0020】
{式中、Qは炭素数が6から22の脂肪族炭化水素基、下記一般式(3)
【0021】
【化7】
【0022】
(式中、aは2から4の整数、bは1から5の整数、cは1から4の整数を表す)で表されるポリオキシメチレン基、及び下記一般式(4)
【0023】
【化8】
【0024】
(式中、mは2又は3の整数を表す。Rは水素原子又はメチル基を表す。Zは、2,2-ジメチルプロポキシ基、1-エチルプロポキシ基、3-メチル-2-ブトキシ基、2-エチル-1-ブトキシ基、2-メチル-1-ペンチルオキシ基、3-メチル-2-ペンチルオキシ基、3,3-ジメチル-2-ブトキシ基、2-メチル-3-ヘキシルオキシ基、2,4-ジメチル-3-ペンチルオキシ基、2-エチル-1-ヘキシルオキシ基、2-メチル-3-オクチルオキシ基、3-ヒドロキシ-2,2-ジメチルプロポキシ基、3-ヒドロキシ-2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロポキシ基、3-ヒドロキシ-2-ヒドロキシメチル-2-メチルプロポキシ基、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)ブトキシ基、2-ヒドロキシメチル-2-メチルペンチルオキシ基、3-ヒドロキシ-2,2,4-トリメチルペンチルオキシ基及び2-エチル-2-ヒドロキシメチルヘキシルオキシ基から選ばれるアルコキシ基、炭素数が12以下のアルキルアミノ基、又は炭素数が12以下のジアルキルアミノ基を表す。)
で表される基から選ばれる基を表す。}
で示される繰り返し単位を含むスルホン酸エステルチオフェン共重合体(以下、本発明のスルホン酸エステルチオフェン共重合体と呼ぶ。)と塩基を接触させることを特徴とする、該チオフェン共重合体の製造方法(以下、本発明の製造方法と呼ぶ。)に関するものである。
【発明の効果】
【0025】
本発明のチオフェン共重合体は有機溶媒に可溶であるため、水を嫌う電子デバイス等の製造プロセスにおいて、水を使用すること無く導電性ポリマーの塗布製膜が可能になる。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下に本発明を更に詳細に説明する。
【0027】
一般式(1)で示される繰り返し単位(以下、本発明の繰り返し単位(1)と呼ぶ。)において、Mは、水素イオン又はカチオンを表すが、当該カチオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、アルカリ金属イオン、又は無置換若しくは置換アンモニウムイオンを表す。該アルカリ金属イオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、セシウムイオンなどを例示することができる。該無置換又は置換アンモニウムイオンとしては、特に限定するものではないが、例えば、アンモニウムイオン(NH )、トリメチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、ジエチルアンモニウムイオン、トリエチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、プロピルアンモニウムイオン、ジプロピルアンモニウムイオン、トリプロピルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン、ジブチルアンモニウムイオン、トリブチルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、ビス(2-メチルプロピル)アンモニウムイオン、トリス(2-メチルプロピル)アンモニウムイオン、ペンチルアンモニウムイオン、ジペンチルアンモニウムイオン、ヘキシルアンモニウムイオン、ジヘキシルアンモニウムイオン、オクチルアンモニウムイオン、ジオクチルアンモニウムイオン、トリオクチルアンモニウムイオン、ジオクチルメチルアンモニウムイオン、2-エチルヘキシルアンモニウムイオン、ビス(2-エチルヘキシル)アンモニウムイオン、デシルアンモニウムイオン、ジデシルメチルアンモニウムイオン、ドデシルアンモニウムイオン、ドデシルジメチルアンモニウムイオン、ジドデシルアンモニウムイオン、ジドデシルメチルアンモニウムイオン、テトラデシルアンモニウムイオン、ヘキサデシルアンモニウムイオン、ヘキサデシルジメチルアンモニウムイオン、オクタデシルアンモニウムイオン、ジメチルオクタデシルアンモニウムイオンなどを例示できる。これらのうち、安価で合成しやすい点で、アンモニウムイオン(NH )、トリメチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、ジエチルアンモニウムイオン、トリエチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、プロピルアンモニウムイオン、ジプロピルアンモニウムイオン、トリプロピルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン、ジブチルアンモニウムイオン、トリブチルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、ヘキシルアンモニウムイオン、ジヘキシルアンモニウムイオン、オクチルアンモニウムイオン、ジオクチルアンモニウムイオン、2-エチルヘキシルアンモニウムイオン、ビス(2-エチルヘキシル)アンモニウムイオン、デシルアンモニウムイオン、ドデシルアンモニウムイオン、ドデシルジメチルアンモニウムイオン、テトラデシルアンモニウムイオン、ヘキサデシルアンモニウムイオン、ヘキサデシルジメチルアンモニウムイオン、オクタデシルアンモニウムイオン、又はジメチルオクタデシルアンモニウムイオンが好ましい。
【0028】
一般式(1)の内、本発明のチオフェン共重合体が良好な導電性を示す点で、mは、2が好ましい。
【0029】
一般式(1)の内、本発明のチオフェン共重合体が良好な導電性を示す点で、Rは、メチル基が好ましい。
【0030】
一般式(2)で示される繰り返し単位(以下、本発明の繰り返し単位(2)と呼ぶ。)において、Qで表される炭素数が6から22の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状、分岐状及び/又は環状構造からなり、一つ以上の炭素-炭素不飽和結合を含んでいてもよく、特に限定するものではないが、例えば、ヘキシル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基、2-エチルブチル基、3,3-ジメチルブタ-2-イル基、1,2-ジメチルブチル基、シクロヘキシル基、ヘキサ-5-エン-1-イル基、ヘキサ-1-イン-3-イル基、ヘキサ-5-イン-1-イル基、ヘプチル基、ヘプタ-2-イル基、2-メチルヘキサ-3-イル基、3-メチルヘキシル基、4-メチルヘキシル基、5-メチルヘキサ-2-イル基、2,4-ジメチルペンタ-3-イル基、シクロヘプチル基、2-メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、2-シクロペンチルエチル基、ヘプタ-6-エン-1-イル基、3-シクロヘキセニルメチル基、ヘプタ-1-イン-3-イル基、ヘプタ-6-イン-1-イル基、オクチル基、オクタ-2-イル基、オクタ-3-イル基、オクタ-4-イル基、5-メチルヘプチル基、5-メチルヘプタ-2-イル基、5-メチルヘプタ-3-イル基、6-メチルヘプタ-2-イル基、2,3-ジメチルヘキサ-2-イル基、2,5-ジメチルヘキサ-2-イル基、2-エチルヘキシル基、シクロオクチル基、2,3-ジメチルシクロヘキシル基、2,5-ジメチルシクロヘキシル基、2,6-ジメチルシクロヘキシル基、2-エチルシクロヘキシル基、2-シクロヘキシルエチル基、4-メチルシクロヘキシルメチル基、オクタ-1-エン-3-イル基、オクタ-3-エン-1-イル基、オクタ-5-エン-1-イル基、オクタ-7-エン-1-イル基、オクタ-1-イン-3-イル基、オクタ-7-イン-1-イル基、3,5-ジメチルヘキサ-1-イン-3-イル基、ノニル基、ノナ-2-イル基、ノナ-3-イル基、ノナ-4-イル基、ノナ-5-イル基、2-メチルオクタ-3-イル基、6-メチルオクチル基、3,5,5-トリメチルヘキシル基、2-プロピルシクロヘキシル基、4-プロピルシクロヘキシル基、3-シクロヘキシルプロピル基、ノナ-1-エン-3-イル基、ノナ-3-エン-1-イル基、ノナ-6-エン-1-イル基、ノナ-8-エン-1-イル基、デシル基、デカ-2-イル基、デカ-4-イル基、デカ-5-イル基、3,7-ジメチルオクチル基、3,7-ジメチルオクタ-3-イル基、4-ブチルシクロヘキシル基、メンチル基、1-シクロヘキシルブチル基、デカ-1-エン-3-イル基、デカ-5-エン-1-イル基、デカ-9-エン-1-イル基、3,7-ジメチルオクタ-6-エン-1-イル基、デカ-7-イン-1-イル基、デカ-9-イン-1-イル基、4-エチルオクタ-1-イン-3-イル基、ウンデシル基、ウンデカ-2-イル基、ウンデカ-3-イル基、ウンデカ-4-イル基、ウンデカ-5-イル基、ウンデカ-6-イル基、4-ペンチルシクロヘキシル基、1-シクロヘキシルペンチル基、ウンデカ-10-エン-1-イル基、ウンデカ-10-イン-1-イル基、ドデシル基、ドデカ-2-イル基、2-ブチルオクチル基、シクロドデシル基、4-シクロヘキシルシクロヘキシル基、トリデシル基、トリデカ-2-イル基、テトラデシル基、テトラデカ-2-イル基、テトラデカ-7-イル基、7-エチル-2-メチルウンデカ-4-イル基、2-ヘキシルオクチル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、2-ヘキシルデシル基、ヘプタデシル基、ヘプタデカ-9-イル基、2-メチルヘキサデシル基、オクタデシル基、オクタデカ-9-エン-1-イル基、オクタデカ-17-エン-1-イル基、オクタ-9,12-ジエン-1-イル基、ノナデシル基、イコサニル基、2-オクチルドデシル基、ヘンイコサニル基、ドコサニル基などを例示できる。
【0031】
一般式(3)で表されるポリオキシメチレン基として、a、b及びcの組み合わせとしては、(a,b,c)=(2,1,0),(2,1,1),(2,1,2),(2,1,3),(2,1,4),(2,2,0),(2,2,1),(2,2,2),(2,2,3),(2,2,4),(2,3,0),(2,3,1),(2,3,2),(2,3,3),(2,3,4),(2,4,0),(2,4,1),(2,4,2),(2,4,3),(2,4,4),(2,5,0),(2,5,1),(2,5,2),(2,5,3),(2,5,4),(3,1,0),(3,1,1),(3,1,2),(3,1,3),(3,1,4),(3,2,0),(3,2,1),(3,2,2),(3,2,3),(3,2,4),(3,3,0),(3,3,1),(3,3,2),(3,3,3),(3,3,4),(3,4,0),(3,4,1),(3,4,2),(3,4,3),(3,4,4),(3,5,0),(3,5,1),(3,5,2),(3,5,3),(3,5,4),(4,1,0),(4,1,1),(4,1,2),(4,1,3),(4,1,4),(4,2,0),(4,2,1),(4,2,2),(4,2,3),(4,2,4),(4,3,0),(4,3,1),(4,3,2),(4,3,3),(4,3,4),(4,4,0),(4,4,1),(4,4,2),(4,4,3),(4,4,4),(4,5,0),(4,5,1),(4,5,2),(4,5,3),(4,5,4)をあげることができる(a=3のときはプロパン-1,3-ジイル構造とプロパン-1,2-ジイル構造の異性体混合物でも良い)。これらの組み合わせの内、合成が容易な点で、(a,b,c)=(2,1,0),(2,1,1),(2,1,2),(2,1,3),(2,1,4),(2,2,0),(2,2,1),(2,2,2),(2,2,3),(2,2,4),(2,3,0),(2,3,1),(2,3,2),(2,3,3),(2,3,4),(2,4,0),(2,4,1),(2,4,2),(2,4,3),(2,4,4),(2,5,0),(2,5,1),(2,5,2),(2,5,3),(2,5,4),(3,1,0),(3,1,1),(3,1,2),(3,1,3),(3,1,4),(3,2,0),(3,2,1),(3,2,2),(3,2,3),(3,2,4),(3,3,0),(3,3,1),(3,3,2),(3,3,3),(3,3,4),(4,1,0),(4,1,1),(4,1,2),(4,1,3),(4,1,4)が好ましい。
【0032】
一般式(4)で示される置換基において、Zで表される炭素数が12以下のアルキルアミノ基としては、特に制限は無いが、例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、シクロプロピルアミノ基、ブチルアミノ基、ブタ-2-イルアミノ基、(2-メチルプロピル)アミノ基、(2-メチルプロパ-2-イル)アミノ基、シクロブチルアミノ基、ペンチルアミノ基、ペンタ-2-イルアミノ基、(2-メチルブチル)アミノ基、(3-メチルブチル)アミノ基、(2-メチルブタ-2-イル)アミノ基、(2,2-ジメチルプロピル)アミノ基、(3-メチルブタ-2-イル)アミノ基、ペンタ-3-イルアミノ基、(シクロブチルメチル)アミノ基、シクロペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、ヘキサ-2-イルアミノ基、ヘキサ-3-イルアミノ基、(2-メチルペンチル)アミノ基、(3-メチルペンチル)アミノ基、(4-メチルペンチル)アミノ基、(2-エチルブチル)アミノ基、(3,3-ジメチルブタ-2-イル)アミノ基、(3-メチルペンタ-2-イル)アミノ基、シクロヘキシルアミノ基、ヘプチルアミノ基、ヘプタ-2-イルアミノ基、(2-メチルヘキサ-3-イル)アミノ基、(3-メチルヘキシル)アミノ基、(4-メチルヘキシル)アミノ基、(5-メチルヘキサ-2-イル)アミノ基、(2,4-ジメチルペンタ-3-イル)アミノ基、シクロヘプチルアミノ基、2-メチルシクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、2-シクロペンチルエチル基、オクチル基、オクタ-2-イルアミノ基、オクタ-3-イルアミノ基、オクタ-4-イルアミノ基、(5-メチルヘプチル)アミノ基、(5-メチルヘプタ-2-イル)アミノ基、(5-メチルヘプタ-3-イル)アミノ基、(6-メチルヘプタ-2-イル)アミノ基、(2,3-ジメチルヘキサ-2-イル)アミノ基、(2,5-ジメチルヘキサ-2-イル)アミノ基、(2-エチルヘキシル)アミノ基、シクロオクチルアミノ基、(2,3-ジメチルシクロヘキシル)アミノ基、(2,5-ジメチルシクロヘキシル)アミノ基、(2,6-ジメチルシクロヘキシル)アミノ基、(2-エチルシクロヘキシル)アミノ基、(2-シクロヘキシルエチル)アミノ基、(4-メチルシクロヘキシルメチル)アミノ基、ノニルアミノ基、ノナ-2-イルアミノ基、ノナ-3-イルアミノ基、ノナ-4-イルアミノ基、ノナ-5-イルアミノ基、(2-メチルオクタ-3-イル)アミノ基、(6-メチルオクチル)アミノ基、(3,5,5-トリメチルヘキシル)アミノ基、(2-プロピルシクロヘキシル)アミノ基、(4-プロピルシクロヘキシル)アミノ基、(3-シクロヘキシルプロピル)アミノ基、デシルアミノ基、デカ-2-イルアミノ基、デカ-4-イルアミノ基、デカ-5-イルアミノ基、(3,7-ジメチルオクチル)アミノ基、(3,7-ジメチルオクタ-3-イル)アミノ基、(4-ブチルシクロヘキシル)アミノ基、メンチルアミノ基、(1-シクロヘキシルブチル)アミノ基、ウンデシルアミノ基、ウンデカ-2-イルアミノ基、ウンデカ-3-イルアミノ基、ウンデカ-4-イルアミノ基、ウンデカ-5-イルアミノ基、ウンデカ-6-イルアミノ基、(4-ペンチルシクロヘキシル)アミノ基、(1-シクロヘキシルペンチル)アミノ基、ドデシルアミノ基、ドデカ-2-イルアミノ基、(2-ブチルオクチル)アミノ基、シクロドデシルアミノ基などを例示できる。
【0033】
一般式(4)で示される置換基において、Zで表される炭素数が12以下のジアルキルアミノ基としては、特に制限は無いが、例えば、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、ジ(2-メチルプロピル)アミノ基、ジペンチルアミノ基、ジ(2-メチルブチル)アミノ基、ジ(3-メチルブチル)アミノ基、ジ(2,2-ジメチルプロピル)アミノ基、ジヘキシルアミノ基、ジ(2-メチルペンチル)アミノ基、ジ(3-メチルペンチル)アミノ基、ジ(4-メチルペンチル)アミノ基、ジ(2-エチルブチル)アミノ基、N-エチルプロピルアミノ基、N-メチルブチルアミノ基、N-メチルペンチルアミノ基、N-エチルブチルアミノ基、N-プロピル(ブタ-2-イル)アミノ基、N-エチルシクロヘキシルアミノ基、N-メチルオクチルアミノ基、N-エチルヘプチルアミノ基などを例示できる。
【0034】
一般式(4)の内、本発明のチオフェン共重合体が良好な導電性を示す点で、Rは、メチル基が好ましい。
【0035】
一般式(4)の内、本発明のチオフェン共重合体が良好な導電性を示す点で、mは、2が好ましい。
【0036】
一般式(4)の内、本発明のチオフェン共重合体が良好な導電性を示す点で、Zは、2,2-ジメチルプロポキシ基であることが殊更好ましい。
【0037】
本発明の繰り返し単位(2)におけるQとして、前記の炭素数が6から22の脂肪族炭化水素基、一般式(3)で表される置換基、又は一般式(4)で表される置換基の内、本発明のチオフェン共重合体が良好な導電性を示し且つ溶解性を制御しやすい点で、一般式(4)で表される置換基が好ましい。
【0038】
一般式(5)で示される繰り返し単位において、Zは、tert-ブチル基を除く、炭素数3又は4の炭化水素基を表し、特に制限は無いが、具体的には、プロピル基、イソプロピル基、プロパ-2-エン-1-イル基、プロパ-2-イン-1-イル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、ブタ-3-エン-1-イル基、ブタ-2-エン-1-イル基、ブタ-3-エン-2-イル基、2-メチルプロパ-2-エン-1-イル基、ブタ-3-イン-1-イル基、ブタ-2-イン-1-イル基、ブタ-1-イン-3-イル基などを例示できる。原料が安価な点で、プロピル基、イソプロピル基、プロパ-2-エン-1-イル基、プロパ-2-イン-1-イル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基が好ましい。
【0039】
本発明のスルホン酸エステルチオフェン共重合体と塩基を接触させることによって、スルホン酸エステルをスルホン酸塩に変換することができ、本発明のチオフェン共重合体を製造する方法(以下、本発明の製造方法と呼ぶ。)について説明する。
【0040】
用いることのできる塩基としては、スルホン酸エステルをスルホン酸塩に変換する以外の副反応が顕著でなく、本発明のチオフェン共重合体の溶解性の制御や、本発明の導電性ポリマーの物性を著しく損なわなければ特に制限は無い。置換基Zと本発明の繰り返し単位(2)のQの組み合わせによって至適な塩基が異なるが、用いることのできる塩基としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウムなどのアルカリ金属炭酸塩、又はハロゲン化アルカリ金属塩などの無機塩基、並びに前記無置換又は置換アンモニウムイオンに対応するアミンなどの有機塩基を単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。副反応を抑制し加水分解の効率が良い点で、ハロゲン化アルカリ塩を作用させる方法(公知文献:例えば、Florian M.Kochら,Chemistry-A European Journal,17巻,3679~3692頁(2011年)、Mori Hideharuら,Macromolecules,43巻,7021~7032頁(2010年)、Christopher C.Kotorisら,The Journal of Organic Chemistry,63巻,8052~8057頁(1998年))、及び第三級アミンを作用させる方法(公知文献:例えば、J.F.Kingら,Journal of the American Chemical Society,104巻,7108~7122頁(1982年)、Maria Mahrovaら,Journal of Chemical & Engineering Data,57巻,241~248頁(2012年))が好ましい。ハロゲン化アルカリ金属塩としてはLiI、LiBr、LiCl、NaI、NaBr、NaCl、KI、KBr、KClなどをあげることができる。第三級アミンとしては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、ブチルジメチルアミン、トリブチルアミン、ヘキシルジメチルアミン、ドデシルジメチルアミン、ヘキサデシルジメチルアミン、ジメチルオクタデシルアミンN,N’-ジメチルピペラジン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンなどをあげることができる。
【0041】
ハロゲン化アルカリ金属塩又は第三級アミンを用いて加水分解する際、用いるハロゲン化アルカリ金属塩又は第三級アミンの量に特に制限は無く、化学構造や加水分解させる割合などを考慮して適宜添加量を決めれば良いが、本発明のスルホン酸エステルチオフェン共重合体のスルホン酸エステル基のモル量に対し、0.1~100当量用いれば良く、加水分解させる割合を制御しやすい点で0.5~50当量を用いることが好ましい。本発明の製造法は溶媒中で実施してもよい。該溶媒としてはヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの炭化水素、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、1,4-ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル(CPME)などのエーテル、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)などのアミド、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素、アセトン、2-ブタノン(MEK)などのケトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール、2-メトキシエタノールなどのアルコール、及び水などをあげることができ、これらを単独又は二種類以上混合して用いることができる。反応溶媒の量には制限はない。
【0042】
本発明の製造方法を実施する際の反応温度は、通常0~150℃の範囲から適宜選択でき、反応効率の点で室温~120℃であることが好ましい。
【0043】
本発明の製造方法で製造された該チオフェン共重合体において、一般式(1)中のMは、加水分解時の塩基の選択によって自ずと決まるが、更にイオン交換処理を行うことによって、水素イオン、アルカリ金属イオン、又は無置換若しくは置換アンモニウムイオンに一部又は全てを変換可能であり、1種類のカチオンであっても、複数種類のカチオンであってもよい。
【0044】
本発明のチオフェン共重合体の精製方法としては、特に制限は無いが、例えば、溶媒洗浄、再沈殿、遠心沈降、限外ろ過、透析、イオン交換樹脂処理などがあげられ、それぞれ単独又は複数組み合わせることができる。
【0045】
本発明のチオフェン共重合体は有機溶媒に0.2重量%以上の溶解性を有することを特徴とする。本発明のチオフェン共重合体は、本発明の繰り返し単位(1)と本発明の繰り返し単位(2)を含むが、チオフェン共重合体中の各繰り返し単位のモル比は、用途により至適なモル比が異なる。該繰り返し単位(1)の比率が高くなると、導電性や吸湿性は高くなり有機溶媒への溶解性は低下する傾向を示す。該繰り返し単位(2)の比率が高くなると、導電性や吸湿性は低くなり有機溶媒への溶解性は高くなる傾向を示す。本発明の特徴である、有機溶媒への溶解性を保持しつつ、用途に応じた導電性を示せば、組成比(x/y):該繰り返し単位(1)の数(x)/該繰り返し単位(2)数(y)に特に制限は無いが、概ね0.1/99.9~80/20、導電性と溶解性のバランスの点から好ましくは5/95~50/50に調製するとよい。
【0046】
本発明の導電性ポリマーは、用途に適した導電性、溶解性、分散性、吸湿性、酸性、成膜性、塗膜性などを示すために、添加物を含んでいても良い。添加物としてはポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルホスホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ナフィオン(TM)類、ポリビニルアルコール及びその誘導体、ポリ(1-ビニルピロリジン-2-オン)、ポリ(3-ビニル-1,3-オキサゾリジン-2-オン)、ポリ(1-ビニル-1,3-イミダゾリジン-2-オン)、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルホスホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアクリルアミド、ポリ(アルキルアクリルアミド)類、セルロース類、フラーレン類、カーボンナノチューブ類、ジメチルスルホキシド、DMF、エチレングリコール、オリゴ(ポリ)エチレングリコール、ブタンジオール、オリゴ(ポリ)テトラメチレングリコール、2-メトキシエタノール、2-ブトキシエタノールなどを例示でき、単独又は複数種類用いても良い。添加物の(総)量は本発明のチオフェン共重合体の重量に対し50%以下であれば良く、該チオフェン共重合体の特徴を示しやすい点で10%以下であることが好ましい。
【0047】
本発明の導電性ポリマーを溶媒に溶解又は分散させて、導電性ポリマー溶液とすることができる。用いることのできる溶媒としてはヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの炭化水素、ジエチルエーテル、THF、1,4-ジオキサン、CPMEなどのエーテル、DMF、DMAcなどのアミド、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素、アセトン、MEKなどのケトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコールなどをあげることができ、これらを単独又は二種類以上混合して用いることができる。溶解性又は分散性、成膜性に優れる点でDMF又はDMAcを50体積%以上含む溶媒が好んで用いられる。
【0048】
該導電性ポリマー溶液の濃度は特に制限は無いが、通常、50重量%以下、扱いやすさの点で20重量%以下であることが好ましい。
【0049】
本発明の導電性ポリマーを溶媒に溶解又は分散させて該導電性ポリマー溶液を調製する際、マグネチックスターラーチップ、メカニカルスターラーの撹拌翼を用いて混合できるが、必要に応じて超音波照射の他、メカニカルホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザーなどを用いた処理を適宜組み合わせて混合することができる。調製時の温度は概ね100℃以下になるように調製すると良い。
【0050】
本発明の導電性ポリマーを用いて電極又は電子デバイスに用いる際の形状は特に制限は無く、基盤に密着した被膜状、フィルム状、粒子状、繊維状など必要に応じて選択することができる。被膜状に成形する場合、該導電性ポリマー溶液を基材に塗布し、乾燥することで得られる。基材としては被膜を形成できれば材質、形状に特に制限は無いが、基材の材質としては例えば、ガラス、セラミックス、シリカ、アルミナなどの無機基材、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、セルロースなどのポリマー基材、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレア樹脂などの樹脂基材などをあげることができる。基材の形状としては緻密膜、圧縮成形膜、多孔質膜、粒子、織布、不織布など自由に選択できる。塗布法としては特に制限は無いが、例えば、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法、インクジェット印刷法などをあげることができる。膜厚としては特に制限は無いが、通常0.01~200μm程度である。被膜の乾燥は大気下若しくは窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下、常圧若しくは減圧下に行うことができ、乾燥時の温度は概ね室温~100℃の範囲で数時間~数日かけて行うことができる。形成した被膜の導電性としては特に制限は無く用途に応じて広く制御可能であるが、電気伝導度で概ね0.001~500S・cm-1程度である。
【0051】
本発明の導電性ポリマー及びそれから作製された電極や電子デバイスは、例えば、静電気防止材料、フレキシブル基板回路、ディスプレイ用透明電極、光電変換素子用電極、固体電解コンデンサ用固体電解質、アルミ固体電解コンデンサ用セパレータ、有機半導体、静電気除去剤、有機EL素子や有機太陽電池におけるホール注入・輸送材料などへの応用が可能である。
【0052】
次に、本発明のチオフェン共重合体の製造方法について説明する。
【0053】
本発明のチオフェン共重合体の製造に用いる原料モノマーは次の合成経路1、及び必要に応じて合成経路2に従って合成できる。合成経路1及び合成経路2において、共通の出発原料の3,4-エチレンジオキシチオフェン構造を有するアルコール(6)は、Sigma-Aldrich社やAlfa Chemistry社などから入手可能であるが、公知文献(例えば、L.Zhangら,Journal of Heterocyclic Chemistry,51巻1277~1281頁(2014年)、G.G.Rodriguez-Caleroら,Electrochimica Acta,167巻55~60頁(2015年)、粟野ら,特許第6201595号(2017年)、M.Sassiら,Advanced Functional Materials,26巻5240~5246頁(2016年)など)に従って合成することもできる。
【0054】
合成経路1について説明する。
(合成経路1)
【0055】
【化9】
【0056】
(式中、mは、2又は3の整数を表す。(Mは、スルホン酸塩の許容される対カチオンを表す。Rは、水素原子又はメチル基を表す。Zは、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、1-メチルプロポキシ基、2-メチルプロポキシ基、2,2-ジメチルプロポキシ基、1-エチルプロポキシ基、3-メチル-2-ブトキシ基、2-エチル-1-ブトキシ基、2-メチル-1-ペンチルオキシ基、3-メチル-2-ペンチルオキシ基、3,3-ジメチル-2-ブトキシ基、2-メチル-3-ヘキシルオキシ基、2,4-ジメチル-3-ペンチルオキシ基、2-エチル-1-ヘキシルオキシ基、2-メチル-3-オクチルオキシ基、3-ヒドロキシ-2,2-ジメチルプロキシ基、3-ヒドロキシ-2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロポキシ基、3-ヒドロキシ-2-ヒドロキシメチル-2-メチルプロポキシ基、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)ブトキシ基、2-ヒドロキシメチル-2-メチルペンチルオキシ基、3-ヒドロキシ-2,2,4-トリメチルペンチルオキシ基及び2-エチル-2-ヒドロキシメチルヘキシルオキシ基から選ばれるアルコキシ基、炭素数が12以下のアルキルアミノ基、又は炭素数が12以下のジアルキルアミノ基を表す。Xは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を表す。)
合成経路1において、該アルコール(6)にアニオン化剤を作用させてアルコラートアニオンを生成させたところへ環状スルトン(7)を加えることによって、3,4-エチレンジオキシチオフェン構造を有するスルホン酸塩(8)を合成できる。用いることのできるアニオン化剤としてはアルコールをアニオン化でき且つ副反応を抑制できれば特に制限は無いが、具体的には、水素化ナトリウム、フェニルリチウム、又はリチウムジイソプロピルアミドなどを例示できる。該アルコール(6)から該スルホン酸塩(8)を合成する反応は、有機溶媒中で円滑に進行し、該有機溶媒としては、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ジエチルエーテル、THF、1,4-ジオキサン、CPME、DMF、又はDMAcなどを単独又は二種類以上混合して用いることができる。反応温度は、通常-80~150℃の範囲から適宜選択でき、若しくは-80~150℃の範囲で段階的に温度を変化させてもよい。
【0057】
合成経路1において、環状スルトンとしては市販のものを用いることができ、具体的には、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1-メチル-1,3-プロパンスルトンなどを例示できる。対カチオン(Mは、用いたアニオン化剤によって自ずと決まり、例えばリチウムイオン、ナトリウムイオンなどであるが、溶解性の制御又は精製のために対カチオンをスルホン酸塩として許容される他の対カチオンに、イオン交換処理などによって変換することができる。
【0058】
合成経路1において、3,4-エチレンジオキシチオフェン構造を有するスルホン酸塩(8)に塩素化剤を作用させて、対応するスルホン酸クロリド(9)を生成させた後、一般式H-Z(10)で示される化合物を反応させることにより、スルホン酸エステル(11)を合成できる。該スルホン酸塩(8)から該スルホン酸クロリド(9)を生成させる際、塩素化剤としては該スルホン酸クロリド(9)を生成できれば特に制限は無いが、副反応を抑制でき収率が良く経済性に優れる点で塩化チオニル、二塩化オキサリル又は五塩化リンが好ましく、二塩化オキサリルが特に好ましい。塩素化剤を作用させる際、有機溶媒を用いることによって反応を円滑に進行させることができ、有機溶媒としてはヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの炭化水素、ジエチルエーテル、THF、1,4-ジオキサン、CPMEなどのエーテル、DMF、DMAcなどのアミド、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素などをあげることができ、これらを単独又は二種類以上混合して用いることができる。反応温度は、通常-20~150℃の範囲から適宜選択できる。反応溶液中に生成した該スルホン酸クロリド(9)は精製せずに、ここにH-Z(10)を添加することによりスルホン酸エステル(11)を製造できる。このときトリエチルアミン、ピリジンなどの有機塩基を添加すると、円滑に反応が進行する。得られたスルホン酸エステル(11)はカラムクロマトグラフィーなどを用いて精製することができる。
【0059】
合成経路1において、スルホン酸エステル(11)にハロゲン化剤を加えてチオフェン環上の水素原子を塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子に置換することにより、ジハロスルホン酸エステル(12)を製造できる。ハロゲン化剤としては公知のハロゲン化剤を用いることができ、Cl、Br、I、二塩化スルフリル、N-クロロスクシンイミド、N-ブロモスクシンイミド、N-ヨードスクシンイミド、又は五塩化リンなどを例示できる。スルホン酸エステル(11)とハロゲン化剤との反応は、溶媒中で行ってもよく、具体的にはヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの炭化水素、ジエチルエーテル、THF、1,4-ジオキサン、CPMEなどのエーテル、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素などをあげることができ、これらを単独又は二種類以上混合して用いることができる。また必要に応じて触媒量のDMFを添加しても良い。反応温度は通常-20~100℃の範囲から適宜選択できる。得られたジハロスルホン酸エステル(12)はカラムクロマトグラフィーなどを用いて精製することができる。
【0060】
次に、合成経路2について説明する。
(合成経路2)
【0061】
【化10】
【0062】
{式中、Lは、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、トシル基、又はトリフラート基などの脱離基を表す。Qは、炭素数が6から22の脂肪族炭化水素基、及び一般式(3)
【0063】
【化11】
【0064】
(式中、aは2から4の整数、bは1から5の整数、cは1から4の整数を表す。)
から選ばれる基を表す。Xは前記と同じ意味を表す。}
合成経路2において、アルコール(6)にアニオン化剤を作用させてアルコラートアニオンを生成させたところへL-Q(13)を加えることによって、3,4-エチレンジオキシチオフェン構造を有するエーテル(14)を合成できる。アニオン化剤としては、合成経路1で説明したアニオン化剤から選んで用いることができる。アルコール(6)から該エーテル(14)を合成する反応は、有機溶媒中で円滑に進行し、該有機溶媒としては、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、ジエチルエーテル、THF、1,4-ジオキサン、CPME、DMF、又はDMAcなどを単独又は二種類以上混合して用いることができる。反応温度は、通常-80~150℃の範囲から適宜選択でき、若しくは-80~150℃の範囲で段階的に温度を変化させてもよい。
【0065】
合成経路2において、エーテル(14)にハロゲン化剤を加えてチオフェン環上の水素原子を塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子に置換することにより、ジハロエーテル(15)を製造できる。ハロゲン化剤、及び反応条件は、合成経路1でスルホン酸エステル(11)からジハロスルホン酸エステル(12)を製造する際と同様なハロゲン化剤、及び反応条件を適用できる。
【0066】
次に、本発明のチオフェン共重合体の製造方法について説明する。スルホン酸エステル(11)、ジハロスルホン酸エステル(12)、エーテル(14)及びジハロエーテル(15)を適宜組み合わせて重合することにより、本発明のチオフェン共重合体を製造可能である。重合方法には重合以外の副反応を抑制できれば特に制限は無く、ポリチオフェン類の合成において公知である種々のカップリング反応を利用でき、公知文献を参考に重合方法を選ぶと良い。公知文献として例えば、「Handbook of Thiophene-based Materials:Volume1」(Chapter2,John Wiley&Sons Ltd.2009年)、田中将太ら「オリゴチオフェン、ポリチオフェンの革新的合成法:C-Hカップリング反応によるアプローチ」(TCIメール寄稿論文153号(2012年))などの総説をあげることができる。古くから行われている酸化重合をはじめ、有機スズ化合物を用いた右田-小杉-スティルカップリング(公知文献:J.K.Stille,Angewandte Chemie,International Edition in English,25巻508~524頁(1986年))、鈴木-宮浦カップリング、グリニャール試薬とハロゲン原子との交換反応を用いたGrignard Metathesis(GRIM)重合などを適用できる。他に、スルホン酸エステル(11)とジハロエーテル(15)、スルホン酸エステル(11)とジハロスルホン酸エステル(12)、又はジハロスルホン酸エステル(12)とエーテル(14)の組み合わせでパラジウム触媒を用いたC-H直接アリール化重合(公知文献:A.Kumarら,Polymer Chemistry,Polymer Chemistry,1巻286~288頁(2010年)、Q.Wangら,Journal of The American Chemical Society,132巻11420~11421頁(2010年)、Y.Fujinamiら,ACS Macro Letters,1巻67~70頁(2012年)、H.Zhaoら,Macromolecules,45巻7783~7790頁(2012年)、J.Kuwabaraら,Polymer Chemistry,6巻891~895頁(2015年)、M.Wakiokaら,Macromolecules,48巻8382~8388頁(2015年)、K.Fujitaら,Macromolecules,49巻1259~1269頁(2016年))なども適用できる。
【0067】
本発明のチオフェン共重合体は、簡便且つ副反応を抑制できる点で酸化重合を用いる製造経路1及びGRIM重合を用いる製造経路2が好適に用いられる。
【0068】
まず、製造経路1について説明する。
(製造経路1)
【0069】
【化12】
【0070】
(式中、m、M、及びRは、前記一般式(1)で示したものと同じ意味を表す。m、R及びZは、前記一般式(4)で示したものと同じ意味を表す。Qは、前記一般式(14)で示したものと同じ意味を表す。Qは前記一般式(2)で示したものと同じ意味を表す。Zは、前記一般式(5)と同じ意味を表す。x及びyは[ ]内の繰り返し数を表し、x/y(組成比)は0.1/99.9から80/20の範囲である。)
製造経路1において、スルホン酸エステル(11a)と、スルホン酸エステル(11b)又はエーテル(14)とを酸化重合してスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16)とした後、加水分解によりチオフェン共重合体(17)を製造する。
【0071】
製造経路1における酸化重合の方法として、公知である電解酸化重合法又は化学酸化重合法を適宜用いることができる。電解酸化重合の具体的な方法は、例えば、「新高分子実験学3:高分子の合成・反応(2)-縮合系高分子の合成」(高分子学会編,共立出版1996年,331~339頁)などを参照すると良い。化学酸化重合の具体的の方法は、例えば、Satoru Amouら,Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry,37巻,1943~1948頁(1999年)、Kousuke Tsuchiyaら,Polymer Journal,45巻,281~286頁(2013年)などの公知文献を参照すると良い。
【0072】
次に、製造経路2について説明する。
(製造経路2)
【0073】
【化13】
【0074】
(式中、m、M、及びRは、前記一般式(1)で示したものと同じ意味を表す。m、R及びZは、前記一般式(4)で示したものと同じ意味を表す。Qは、前記一般式(15)で示したものと同じ意味を表す。Qは、前記一般式(2)で示したものと同じ意味を表す。Zは、前記一般式(5)と同じ意味を表す。一般式(16)及び(17)は前記一般式(16)及び(17)と同じ意味を表す。)
製造経路2において、ジハロスルホン酸エステル(12a)と、ジハロスルホン酸エステル(12b)又はジハロエーテル(15)とをGRIM重合してスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16)とした後、加水分解によりチオフェン共重合体(17)を製造する。
【0075】
製造経路2におけるGRIM重合の方法として、公知文献等で開示されている方法を適用することができる。GRIM重合の具体的な方法は、例えばR.S.Loeweら,Advanced Materials,11巻250~253頁(1999年)、R.S.Loeweら,Macromolecules,34巻4324~4333頁(2001年),M.C.Iovuら,Macromolecules,38巻8649~8656頁(2005年)、R.Miyakoshiら,Journal of the American Chemical Society,127巻17542~17547頁(2005年)などを参考にすると良い。
【0076】
製造経路1又は製造経路2で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16)は沈殿精製、透析、限外ろ過精製、イオン交換処理、抽出などの操作を組み合わせて精製できる。続いて、本発明の製造方法を用いてチオフェン共重合体(17)とした後、得られたチオフェン共重合体(17)は沈殿精製、透析、限外ろ過精製、イオン交換処理、抽出などの操作を組み合わせて精製できる。また、スルホン酸エステルチオフェン共重合体(16)やチオフェン共重合体(17)を溶媒に溶解又は分散させる際、マグネチックスターラーチップ、メカニカルスターラーの撹拌翼を用いて混合できるが、必要に応じて超音波照射の他、メカニカルホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザーなどを用いた処理を適宜組み合わせて混合すると良い。調製時の温度は概ね100℃以下になるように調製すると良い。
【0077】
酸化重合法で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16)及び/又はチオフェン共重合体(17)は、重合過程でドープが進むため凝集しやすくなり、必ずしも有機溶媒に可溶ではない。また各種カップリング反応で重合して得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16)及び/又はチオフェン共重合体(17)においても空気中の酸素などの影響によりドープが進むため凝集しやすくなる。このような場合は、例えばドープの進んだスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16)又はチオフェン共重合体(17)の分散溶液にヒドラジンなどの還元剤を加えるなどの脱ドープ処理を行うことによって、有機溶媒に可溶な本発明のスルホン酸エステルチオフェン共重合体及び/又は本発明のチオフェン共重合体を得ることができる。
【0078】
本発明のスルホン酸エステルチオフェン共重合体及び本発明のチオフェン共重合体の分子量は重量平均分子量、数平均分子量、粘度平均分子量など測定方法に応じて示すことができる。重量平均分子量(Mw)に関しては1,000~1,000,000であることが好ましく、重合体の性質の制御及び加工性などの観点から2,000~500,000であることが更に好ましい。分子量分布(Mw・Mn-1)に特に制限はないが、概ね1~50の範囲であることが好ましく、重合体の均一性の観点から1~10の範囲であることが更に好ましい。分子量の算出方法として、ポリスチレンやポリエチレングリコールなどの標準試料を基準に換算するゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)法、粘度法、光散乱法など公知の方法をあげることができる。
【実施例
【0079】
以下、参考例、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0080】
得られたポリマーの分子量はゲル濾過クロマトグラフィー(GPC)の結果から求めた。GPCシステムはGLサイエンス社製GL-7400(検出器:GL-7456、カラム(4本): TSKgel SuperH5000、H4000×2、H2000、カラム温度:40℃、展開溶媒:0.01MのLiClのDMF溶液、標準ポリスチレン換算)を用いた。
【0081】
参考例-1
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシ-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸イソプロピルの合成(11a-1)
【0082】
【化14】
【0083】
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(30mmol)をTHF/クロロホルム(=1/1(v/v))混合溶媒90mLに溶解し、DMFを5滴加え、氷浴中で二塩化オキサリル 3.00mL(36.7mmol)をゆっくりと加え、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を濃縮し、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸クロリドを得た。
【0084】
引き続き、イソプロパノール 2.80mL(36.5mmol)とトリエチルアミン 6.50mL(46.6mmol)をクロロホルム 60mLに溶解し、これに上記で合成したスルホン酸クロリドのクロロホルム溶液 60mLをゆっくりと滴下し、氷浴下、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加))で精製することにより、無色液体の(11a-1)を7.33g得た(収率:69.7%)。
【0085】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:1.41(6H,d,J=6.3Hz),1.42(3H,d,J=6.9Hz),1.78~1.83(1H,m),2.31~2.40(1H,m),3.24~3.34(1H,m),3.58~3.74(4H,m),4.05(1H,ddd,J=11.6Hz,7.3Hz,5.0Hz),4.22(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),4.92~5.01(1H,m),6.33(2H,s)。
【0086】
参考例-2
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸イソプロピルの合成(12a-1)
【0087】
【化15】
【0088】
参考例-1の方法で合成した(11a-1) 3.76g(10.7mmol)をTHF 50mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 4.01g(22.5mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応後、クロロホルムで希釈したものを、水及び飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水し、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(12a-1)を5.02g得た(収率:92.0%)。
【0089】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:1.42(6H,d,J=6.2Hz),1.43(3H,d,J=5.5Hz),1.74~1.82(1H,m),2.30~2.39(1H,m),3.23~3.34(1H,m),3.59~3.78(4H,m),4.08~4.15(1H,m),4.29~4、37(2H,m),4.92~5.02(1H,m)。
【0090】
参考例-3
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシ-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピルの合成(11a-2)
【0091】
【化16】
【0092】
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(30mmol)をTHF 45mLに溶解し、DMFを5滴加え、氷浴中で二塩化オキサリル 3.00mL(36.7mmol)をゆっくりと加え、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を濃縮し、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸クロリドを得た。
【0093】
引き続き、2-メチル-1-プロパノール 3.40mL(36.8mmol)とトリエチルアミン6.50mL(46.6mmol)をTHF 60mLに溶解し、これに上記で合成したスルホン酸クロリドのTHF溶液 60mLをゆっくりと滴下し、氷浴下、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加))で精製することにより、無色液体の(11a-2)を8.85g得た(収率:81.0%)。
【0094】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.98(6H,d,J=6.7Hz),1.44(3H,d,J=6.9Hz),1.76~1.85(1H,m),1.98~2.08(1H,m),2.32~2.40(1H,m),3.59~3.74(4H,m),3.99(2H,d,J=6.6Hz),4.05(1H,ddd,J=11.6Hz,7.4Hz,4.2Hz),4.22(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),6.33(2H,s)。
【0095】
参考例-4
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピルの合成(12a-2)
【0096】
【化17】
【0097】
参考例-3の方法で合成した(11a-2) 8.85g(24.3mmol)をTHF 120mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 9.09g(51.1mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(12a-2)を11.9g得た(収率:93.8%)。
【0098】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.99(6H,d,J=6.8Hz),1.45(3H,d,J=6.9Hz),1.77~1.86(1H,m),1.99~2.09(1H,m),2.31~2.40(1H,m),3.31~3.41(1H,m),3.60~3.78(4H,m),3.99(2H,d,J=6.5Hz),4.08~4.15(1H,m),4.29~4.37(2H,m)。
【0099】
参考例-5
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸1-メチルプロピルの合成(11a-3)
【0100】
【化18】
【0101】
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(10mmol)をTHF 30mLに溶解し、DMFを5滴加え、氷浴中で二塩化オキサリル 1.00mL(12.2mmol)をゆっくりと加え、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を濃縮し、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸クロリドを得た。
【0102】
引き続き、2-ブタノール 1.40mL(15.3mmol)とトリエチルアミン 2.10mL(15.1mmol)をTHF 20mLに溶解し、これに上記で合成したスルホン酸クロリドのTHF溶液 20mLをゆっくりと滴下し、氷浴下、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加))で精製することにより、無色液体の(11a-3)を2.51g得た(収率:68.8%)。
【0103】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.97(3H,t,7.5Hz),1.40(3H,d,J=6.3Hz),1.43(3H,d,J=6.9Hz),1.62~1.87(1H,m),2.32~2.41(1H,m),3.25~3.34(1H,m),3.58~3.77(4H,m),4.04(1H,ddd,J=11.6Hz,7.4Hz,5.3Hz),4.22(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),4.75~4.82(1H,m),6.33(2H,s)。
【0104】
参考例-6
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸1-メチルプロピルの合成(12a-3)
【0105】
【化19】
【0106】
参考例-5の方法で合成した(11a-3) 1.14g(3.19mmol)をTHF 120mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 1.19g(6.71mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(12a-3)を1.57g得た(収率:94.0%)。
【0107】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.98(3H,t,7.4Hz),1.40(3H,d,J=6.3Hz),1.44(3H,d,J=6.9Hz),1.63~1.84(3H,m),2.32~2.40(1H,m),3.24~3.34(1H,m),3.60~3.78(4H,m),4.08~4.15(1H,m),4.29~4.36(2H,m),4.75~4.83(1H,m)。
【0108】
参考例-7
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2,2-ジメチルプロピルの合成(11b-1)
【0109】
【化20】
【0110】
水素化ナトリウム(55%) 793mg(18.0mmol)をヘキサンで洗浄し、真空乾燥後、DMF 15mLを加え、これに2-ヒドロキシメチル-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン(以下、アルコール(6)と呼ぶ。) 2.58g(15.0mmol)のDMF溶液 15mLをゆっくりと加え、室温で15分間撹拌した。60℃まで昇温し、1時間撹拌後、1-メチル-1,3-プロパンスルトン 1.60mL(15.0mmol)のDMF溶液 15mLをゆっくりと加え、60℃で2時間撹拌した。反応後、DMFを減圧下で留去し、褐色固体の3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸ナトリウムを得た。これの精製を行うことなく、次の反応に用いた。
【0111】
H-NMR(400MHz,DO,ppm),δ:1.20(3H,d,J=6.9Hz),1.55~1.64(1H,m),2.10~2.18(1H,m),2.84~2.94(1H,m),3.56~3.73(4H,m),4.02(1H,dd,J=12.0,6.8Hz),4.21(1H,dd,J=12.0,2.3Hz),4.33~4.38(1H,m),6.43(2H,s)。
【0112】
次に、上記で合成したスルホン酸ナトリウムをTHF/クロロホルム(=1/1体積比)混合溶媒 45mLに溶解した。ここへDMFを2滴加え、更に氷浴中で二塩化オキサリル 1.47mL(18.0mmol)をゆっくりと加え、2時間撹拌した。反応溶液を濃縮し、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸クロリドを得た。
【0113】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:1.63(3H,d,J=6.8Hz),1.88~1.96(1H,m),2.50~2.59(1H,m),3.63~3.78(4H,m),3.79~3.89(1H,m),4.05(1H,ddd,J=11.7,7.2,5.8Hz),4.22(1H,dd,J=11.7,2.2Hz),4.28~4.33(1H,m),6.34(2H,s)。
【0114】
続いて、2,2-ジメチルプロパノール 1.59g(18.0mmol)とトリエチルアミン 3.14mL(22.5mmol)をクロロホルム 30mLに溶解し、これに上記で合成したスルホン酸クロリドのクロロホルム溶液 30mLをゆっくりと滴下し、氷浴下、2時間撹拌した。有機層を水で洗浄し、硫酸マグネシウムで脱水後、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1体積比、トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(11b-1)を4.73g(12.5mmol)得た(収率:83.4%)。
【0115】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.99(9H,s),1.45(3H,d,J=6.9Hz),1.77~1.85(1H,m),2.33~2.41(1H,m),3.32~3.42(4H,m),3.58~3.74(1H,m),3.87(2H,s),4.05(1H,ddd,J=11.7,7.4,4.3Hz),4.22(1H,dd,J=11.7,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),6.33(2H,s)。
【0116】
EI-MS,m/z:378(M),363(M-CH,322,307(M-CHC(CH,269,227,199,185,172,154,141,137,125,109,100。
【0117】
参考例-8
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2,2-ジメチルプロピルの合成(12b-1)
【0118】
【化21】
【0119】
参考例-7の方法で合成した(11b-1) 4.73g(12.5mmol)をTHF 60mLに溶解し、N-ブロモスクシンイミド 4.68g(26.3mmol)を加え、氷浴下、2時間撹拌した。酢酸エチル 100mLを加えて飽和食塩水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水し、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1体積比、トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(12b-1)を6.39g(11.9mmol)得た(収率:95.3%)。
【0120】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.99(9H,s),1.45(3H,d,J=6.9Hz),1.77~1.86(1H,m),2.32~2.41(1H,m),3.32~3.42(1H,m),3.60~3.79(4H,m),3.88(2H,s),4.08~4.15(1H,m),4.29~4.37(2H,m)。
【0121】
EI-MS,m/z:536(M),466,385,343,330,305,274,233,207,193,151,137,125,109。
【0122】
参考例-9
3-[(5,7-ジクロロ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシ-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2,2-ジメチルプロピルの合成(12b-2)
【0123】
【化22】
【0124】
参考例-7の方法で合成した(11b-1) 1.87g(4.94mmol)をTHF 50mLに溶解し、これに氷浴下で酢酸 25mLとN-クロロスクシンイミド 1.45g(10.9mmol)を加え、室温で24時間撹拌した。反応後、クロロホルムで希釈したものを、水及び飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水し、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1体積比、トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(12b-2)を1.63g得た(収率:73.9%)。
【0125】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.99(9H,s),1.45(3H,d,J=7.0Hz),1.77~1.86(1H,m),2.32~2.41(1H,m),3.31~3.41(1H,m),3.60~3.79(4H,m),3.88(2H,s),4.08~4.15(1H,m),4.28~4.37(2H,m)。
【0126】
参考例-10
3-[(5,7-ジヨード-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2,2-ジメチルプロピルの合成(12b-3)
【0127】
【化23】
【0128】
参考例-7の方法で合成した(11b-1) 1.96g(5.18mmol)をTHF 50mLに溶解し、これに酢酸 10mLとN-ヨードスクシンイミド 2.57g(11.4mmol)を加え、氷浴下で5時間撹拌した。反応後、酢酸エチルで希釈したものを、水及び飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水し、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1体積比、トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(12b-3)を2.75g得た(収率:84.2%)。
【0129】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.99(9H,s),1.46(3H,d,J=7.0Hz),1.77~1.86(1H,m),2.32~2.42(1H,m),3.32~3.43(1H,m),3.60~3.78(4H,m),3.88(2H,s),4.07~4.14(1H,m),4.28~4.36(2H,m)。
【0130】
参考例-11
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2,2-ジメチル-3-ヒドロキシプロピルの合成(11b-4)
【0131】
【化24】
【0132】
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(15mmol)のTHF溶液 45mLに、DMFを5滴加え、氷浴中で二塩化オキサリル 1.50mL(18.4mmol)をゆっくりと加え、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を濃縮し、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸クロリドを得た。
【0133】
引き続きアルゴン雰囲気下、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール 4.70g(45.1mmol)とトリエチルアミン 3.20mL(22.9mmol)をクロロホルム 30mLに溶解し、これに上記で合成したスルホン酸クロリドのクロロホルム溶液 30mLをゆっくりと滴下し、氷浴下、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=1/2(トリエチルアミン1%添加))で精製することにより、無色液体の(11b-4)を3.66g得た(収率:61.9%)。
【0134】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.96(6H,d,J=6.9Hz),1.45(3H,d,J=6.9Hz),1.77~1.85(1H,m),2.08(1H,brs),2.32~2.40(1H,m),3.36~3.46(1H+2H,m),3.59~3.75(4H,m),4.01~4.08(1H+2H,m),4.22(1H,dd,J=11.7Hz,2.2Hz),4.28~4.33(1H,m),6.34(2H,s)。
【0135】
参考例-12
N,N-ジエチル-3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホンアミドの合成(11b-5)
【0136】
【化25】
【0137】
アルゴン雰囲気下、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(15mmol)のTHF溶液 45mLに、DMFを5滴加え、氷浴中で二塩化オキサリル 1.50mL(18.4mmol)をゆっくりと加え、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を濃縮し、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸クロリドを得た。
【0138】
引き続きアルゴン雰囲気下、ジエチルアミン 1.90mL(18.3mmol)とトリエチルアミン 3.14mL(22.5mmol)をクロロホルム 30mLに溶解し、これに上記で合成したスルホン酸クロリドのクロロホルム溶液 30mLをゆっくりと滴下し、氷浴下、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=2/1(トリエチルアミン1%添加))で精製することにより、無色液体の(11b-5)を2.22g得た(収率:40.7%)。
【0139】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:1.20(6H,t,J=7.1Hz),1.32(3H,d,J=6.9Hz),1.68~1.77(1H,m),2.24~2.32(1H,m),3.13~3.22(1H,m),3.25~3.39(4H,m),3.56~3.74(4H,m),4.05(1H,ddd,J=11.6Hz,7.5Hz,3.3Hz),4.22(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),6.33(2H,s)。
【0140】
参考例-13
N,N-ジエチル-3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホンアミドの合成(12b-5)
【0141】
【化26】
【0142】
参考例-12の方法で合成した(11b-5) 2.22g(6.10mmol)をTHF 40mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 2.28g(12.8mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=2/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(12b-5)を2.46g得た(収率:77.3%)。
【0143】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:1.20(6H,t,J=7.1Hz),1.33(3H,d,J=6.9Hz),1.68~1.77(1H,m),2.23~2.31(1H,m),3.12~3.22(1H,m),3.25~3.39(4H,m),3.57~3.78(4H,m),4.07~4.15(1H,m),4.29~4.36(2H,m)。
【0144】
参考例-14
N-イソプロピル-3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホンアミドの合成(11b-6)
【0145】
【化27】
【0146】
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム(15mmol)のTHF溶液 45mLに、DMFを5滴加え、氷浴中で二塩化オキサリル 1.50mL(18.4mmol)をゆっくりと加え、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を濃縮し、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸クロリドを得た。
【0147】
引き続き、イソプロピルアミン 1.60mL(18.6mmol)とトリエチルアミン 3.20mL(22.9mmol)をTHF 30mLに溶解し、これに上記で合成したスルホン酸クロリドのTHF溶液 30mLをゆっくりと滴下し、氷浴下、2時間撹拌した。反応後、反応溶液を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水後、濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=2/1(トリエチルアミン1%添加))で精製することにより、無色液体の(11b-6)を3.85g得た(収率:73.4%)。
【0148】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:1.24(6H,d,J=6.5Hz),1.38(3H,d,J=6.9Hz),1.69~1.78(1H,m),2.28~2.36(1H,m),3.12~3.21(1H,m),3.58~3.74(1H+4H,m),3.94(1H,brs),4.05(1H,ddd,J=11.6Hz,7.4Hz,4.3Hz),4.22(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),6.33(2H,s)。
【0149】
参考例-15
N-イソプロピル-3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホンアミドの合成(12b-6)
【0150】
【化28】
【0151】
参考例-14の方法で合成した(11b-6) 1.93g(5.51mmol)をTHF 30mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 2.08g(11.7mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=2/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(12b-6)を2.70g得た(収率:96.3%)。
【0152】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:1.24(6H,d,J=6.5Hz),1.39(3H,d,J=6.8Hz),1.69~1.78(1H,m),2.28~2.36(1H,m),3.11~3.21(1H,m),3.59~3.79(1H+4H,m),3.92(1H,brs),4.08~4.14(1H,m),4.29~4.37(2H,m)。
【0153】
参考例-16
2-(オクチルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(14-1)
【0154】
【化29】
【0155】
水素化ナトリウム(55%) 1.06g(582mg,24.0mmol)をヘキサンで洗浄し、真空で乾燥後、THF 10mLに溶解し、これにアルコール(6) 3.45g(20.0mmol)のTHF溶液 10mLをゆっくりと滴下し、室温で15分間撹拌した。その後、60℃まで昇温し、2時間撹拌後、1-ブロモオクタン 3.50mL(20.2mmol)をゆっくりと加え、60℃で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(14-1)を4.10g得た(収率:72.0%)。
【0156】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.88(3H,t,J=6.9Hz),1.24~1.34(10H,m),1.54~1.61(2H,m),3.49(2H,t,J=6.7Hz),3.59(1H,dd,J=10.4Hz,6.0Hz),3.68(1H,dd,J=10.4Hz,5.0Hz),4.05(1H,dd,J=11.6Hz,7.5Hz),4.24(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),6.32(2H,s)。
【0157】
参考例-17
5,7-ジブロモ-2-(オクチルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(15-1)
【0158】
【化30】
【0159】
参考例-16の方法で合成した(14-1) 4.10g(14.4mmol)をTHF 70mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 5.39g(30.3mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(15-1)を5.58g得た(収率:87.5%)。
【0160】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.88(3H,t,J=6.8Hz),1.24~1.34(10H,m),1.53~1.60(2H,m),3.50(2H,t,J=6.0Hz),3.62(1H,dd,J=10.5Hz,6.5Hz),3.73(1H,dd,J=10.4Hz,4.5Hz),4.12(1H,dd,J=12.2Hz,7.7Hz),4.30~4.35(2H,m)。
【0161】
参考例-18
2-(ドデシルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(14-2)
【0162】
【化31】
【0163】
水素化ナトリウム(55%) 1.06g(582mg,24.0mmol)をヘキサンで洗浄し、真空で乾燥後、THF 10mLに溶解し、これにアルコール(6) 3.45g(20.0mmol)のTHF溶液 10mLをゆっくりと滴下し、室温で15分間撹拌した。その後、60℃まで昇温し、2時間撹拌後、1-ブロモドデカン 3.50mL(20.2mmol)のTHF溶液をゆっくりと滴下し、60℃で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=10/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(14-2)を3.26g得た(収率:47.8%)。
【0164】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.88(3H,t,J=6.8Hz),1.26~1.32(18H,m),1.54~1.61(2H,m),3.49(2H,t,J=6.7Hz),3.59(1H,dd,J=10.4Hz,6.0Hz),3.68(1H,dd,J=10.4Hz,5.0Hz),4.05(1H,dd,J=11.6Hz,7.5Hz),4.24(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),6.32(2H,s)。
【0165】
参考例-19
5,7-ジブロモ-2-(ドデシルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(15-2)
【0166】
【化32】
【0167】
参考例-18の方法で合成した(14-2) 2.16g(6.33mmol)をTHF 30mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 2.37g(13.3mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=10/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(15-2)を1.87g得た(収率:59.2%)。
【0168】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.88(3H,t,J=6.8Hz),1.26(18H,m),1.53~1.60(2H,m),3.49(2H,t,J=6.6Hz),3.62(1H,dd,J=10.5Hz,6.5Hz),3.73(1H,dd,J=10.5Hz,4.5Hz),4.12(1H,dd,J=12.2Hz,7.7Hz),4.30~4.35(2H,m)。
【0169】
参考例-20
2-(ヘキサデシルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(14-3)
【0170】
【化33】
【0171】
水素化ナトリウム(55%) 529mg(291mg,12.0mmol)をヘキサンで洗浄し、真空で乾燥後、DMF 5mLに溶解し、これにアルコール(6) 1.73g(10.0mmol)のDMF溶液 5mLをゆっくりと滴下し、室温で15分間撹拌した。その後、60℃まで昇温し、2時間撹拌後、1-ブロモヘキサデカン 3.40mL(11.1mmol)のDMF溶液 5mLをゆっくりと滴下し、60℃で2時間撹拌した。反応溶液を濃縮後、酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(14-3)を2.25g得た(収率:47.1%)。
【0172】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.88(3H,t,J=6.8Hz),1.26~1.33(26H,m),1.54~1.61(2H,m),3.49(2H,t,J=6.7Hz),3.59(1H,dd,J=10.4Hz,6.0Hz),3.68(1H,dd,J=10.4Hz,5.0Hz),4.05(1H,dd,J=11.6Hz,7.5Hz),4.24(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.27~4.32(1H,m),6.32(2H,s)。
【0173】
参考例-21
5,7-ジブロモ-2-(ヘキサデシルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(15-3)
【0174】
【化34】
【0175】
参考例-20の方法で合成した(14-3) 1.44g(3.62mmol)をTHF 15mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 1.31g(7.34mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=10/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(15-3)を1.87g得た(収率:93.2%)。
【0176】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.88(3H,t,J=6.8Hz),1.26~1.36(26H,m),1.54~1.60(2H,m),3.49(2H,t,J=6.6Hz),3.62(1H,dd,J=10.5Hz,6.5Hz),3.73(1H,dd,J=10.5Hz,4.5Hz),4.12(1H,dd,J=12.2Hz,7.7Hz),4.30~4.35(2H,m)。
【0177】
参考例-22
2-(ブトキシエトキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(14-4))
【0178】
【化35】
【0179】
水素化ナトリウム(55%) 1.59g(876mg,36.1mmol)をヘキサンで洗浄し、真空で乾燥後、DMF 15mLに溶解し、これにアルコール(6) 5.17g(30.0mmol)のDMF溶液 15mLをゆっくりと滴下し、室温で15分間撹拌した。その後、60℃まで昇温し、2時間撹拌後、ブチル2-クロロエチルエーテル 4.30mL(30.0mmol)のDMF溶液 15mLをゆっくりと滴下し、60℃で2時間撹拌した。反応溶液を濃縮後、酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=6/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(14-4)を3.83g得た(収率:46.8%)。
【0180】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.92(3H,t,J=7.4Hz),1.32~1.41(2H,m),1.53~1.60(2H,m),3.46(2H,t,J=6.7Hz),3.57~3.59(2H,m),3.65~3.70(3H,m),3.77(1H,dd,J=10.6Hz,5.0Hz),4.06(1H,dd,J=11.6Hz,7.5Hz),4.25(1H,dd,J=11.6Hz,2.3Hz),4.30~4.35(1H,m),6.32(2H,s)。
【0181】
参考例-23
5,7-ジブロモ-2-(ブトキシエトキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(15-4)
【0182】
【化36】
【0183】
参考例-22の方法で合成した(14-4) 1.92g(7.06mmol)をTHF 35mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 2.66g(14.9mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=3/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(15-4)を3.01g得た(収率:99.2%)。
【0184】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:0.92(3H,t,J=7.4Hz),1.32~1.41(2H,m),1.53~1.60(2H,m),3.46(2H,t,J=6.7Hz),3.56~3.59(2H,m),3.68~3.73(3H,m),3.82(1H,dd,J=10.7Hz,4.7Hz),4.14(1H,dd,J=12.0Hz,7.3Hz),4.32~4.38(2H,m)。
【0185】
参考例-24
2-(2,5,8,11-テトラオキサドデカン-1-イル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン(14-5)
【0186】
【化37】
【0187】
水素化ナトリウム(55%) 1.09g(597mg,24.6mmol)をヘキサンで洗浄し、真空で乾燥後、DMF 10mLに溶解し、これにアルコール(6) 3.44g(20.0mmol)のDMF溶液 10mLをゆっくりと滴下し、室温で15分間撹拌した。その後、60℃まで昇温し、2時間撹拌後、ジエチレングリコール2-ブロモエチルメチルエーテル 4.00mL(23.0mmol)のDMF溶液 10mLをゆっくりと滴下し、60℃で2時間撹拌した。反応溶液を濃縮後、酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=2/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(14-5)を2.33g得た(収率:36.6%)。
【0188】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:3.38(3H,m),3.53~3.56(2H,m),3.63~3.71(12H,m),3.77(1H,dd,J=10.6Hz,5.0Hz),4.06(1H,dd,J=11.6Hz,7.5Hz),4.25(1H,dd,J=11.6Hz,2.2Hz),4.29~4.35(1H,m),6.32(2H,s)。
【0189】
参考例-25
5,7-ジブロモ-2-(2,5,8,11-テトラオキサドデカン-1-イル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシンの合成(15-5)
【0190】
【化38】
【0191】
参考例-24の方法で合成した(14-5) 2.33g(7.32mmol)をTHF 35mLに溶解し、これに氷浴下でN-ブロモスクシンイミド 2.74g(15.4mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで希釈し水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。これを濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=2/1(トリエチルアミン1%添加)で精製することにより、無色液体の(15-5)を2.70g得た(収率:77.5%)。
【0192】
H-NMR(400MHz,CDCl,ppm),δ:3.38(3H,m),3.54~3.56(2H,m),3.63~3.73(12H,m),3.82(1H,dd,J=10.7Hz,4.6Hz),4.14(1H,dd,J=12.1Hz,7.7Hz),4.33~4.38(2H,m)。
【0193】
参考例-26
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(12a-2)と3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2,2-ジメチルプロピル(12b-1)とのGRIM共重合(仕込み比3/7)(16-1)
【0194】
【化39】
【0195】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 2.86g(5.49mmol)と、参考例-8の方法で合成した(12b-1) 6.86g(12.8mmol)とをアルゴン雰囲気下、THF 37mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 9.5mL(19.0mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン-ニッケル(II)ジクロリド錯体(Ni(dppp)Cl) 199mg(0.365mmol)を加え、室温で二日間撹拌した。反応溶液をメタノールに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-1)を6.43g得た(収率:94.4%)。GPC測定の結果、分子量はMn=11,300,Mw=18,700,Mw/Mn=1.67であった。
【0196】
実施例-1
チオフェン共重合(17)の合成-1
【0197】
【化40】
【0198】
参考例-26で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-1) 6.20gと酢酸カリウム 2.00g(20.4mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 120mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合(17-1K)を6.13g得た。
【0199】
参考例-27
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(11a-2)と、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2,2-ジメチルプロピル(11b-1)との酸化共重合(仕込み比3/7)(16-2)
【0200】
【化41】
【0201】
アルゴン雰囲気下、塩化鉄(III) 9.16g(57.2mmol)をアセトニトリル 40mLに懸濁し、これに参考例-3の方法で合成した(11a-2) 1.56g(4.29mmol)と、参考例-7の方法で合成した(11b-1) 3.79g(10.0mmol)とをアセトニトリル 30mLに溶解した溶液をゆっくりと0℃で滴下し、室温で20時間撹拌した。反応後、メタノールを加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体の生成物を3.53g得た(収率:65.9%)。この黒色固体 3.53gをアルゴン雰囲気下、エタノール 50mLとヒドラジン一水和物 50mLとの混合溶液に懸濁し、室温で24時間撹拌した。反応溶液に水を加え、生成物をろ過回収することで、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-2)を3.07g得た(収率:65.9%)。GPC測定の結果、分子量はMn=18,500,Mw=38,700,Mw/Mn=2.09であった。
【0202】
実施例-2
チオフェン共重合体(17)の合成-2
【0203】
【化42】
【0204】
参考例-27で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-2) 2.80gと酢酸カリウム 886g(9.02mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 50mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-2K)を2.86g得た。
【0205】
参考例-28
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(11a-2)と、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチル-1-プロパンスルホン酸2,2-ジメチルプロピル(11b-1)との酸化共重合(仕込み比5/5)(16-3)
【0206】
【化43】
【0207】
アルゴン雰囲気下、塩化鉄(III) 9.26g(57.8mmol)をアセトニトリル 40mLに懸濁し、これに参考例-3の方法で合成した(11a-2) 2.63g(7.22mmol)と、参考例-7の方法で合成した(11b-1) 2.74g(7.23mmol)とをアセトニトリル 30mLに溶解した溶液をゆっくりと0℃で滴下し、室温で20時間撹拌した。反応後、メタノールを加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体を4.00g得た(収率:74.5%)。この黒色固体 4.00gをアルゴン雰囲気下、エタノール 40mLとヒドラジン一水和物 40mLとの混合溶液に懸濁し、室温で24時間撹拌した。反応溶液に水を加え、生成物をろ過回収することで、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-3)を2.79g得た(収率:69.8%)。GPC測定の結果、分子量はMn=15,900,Mw=34,300,Mw/Mn=2.16であった。
【0208】
実施例-3
チオフェン共重合体(17)の合成-3
【0209】
【化44】
【0210】
参考例-28で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-3) 2.61gと酢酸カリウム 1.41g(14.4mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 50mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-3K)を2.82g得た。
【0211】
参考例-29
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(11a-2)と、3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2,2-ジメチル-3-ヒドロキシプロピル(11b-4)との酸化共重合(仕込み比3/7)(16-4)
【0212】
【化45】
【0213】
アルゴン雰囲気下、塩化鉄(III)9.18g(57.3mmol)をアセトニトリル 40mLに懸濁し、これに参考例-3の方法で合成した(11a-2) 1.56g(4.29mmol)と、参考例-11の方法で合成した(11b-4) 3.95g(10.0mmol)とをアセトニトリル 30mLに溶解した溶液をゆっくりと0℃で滴下し、室温で20時間撹拌した。反応溶液にメタノールを加え、濃縮後、再度メタノールを加えて、生成した沈殿をろ過し、黒色固体を4.61g得た(収率:83.6%)。この黒色固体 4.61gをアルゴン雰囲気下、エタノール 50mLとヒドラジン一水和物 50mLに懸濁し、室温で24時間撹拌した。反応溶液を減圧濃縮し、水を加え、生成物をろ過回収することで、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-4)を3.97g得た(収率:86.3%)。GPC測定の結果、分子量はMn=27,100,Mw=84,300,Mw/Mn=3.12であった。
【0214】
実施例-4
チオフェン共重合体(17)の合成-4
【0215】
【化46】
【0216】
参考例-29で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-4) 3.70gと酢酸カリウム 1.18g(12.0mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 70mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-4K)を3.07g得た。
【0217】
参考例-30
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(11a-2)と、N,N-ジエチル-3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホンアミド(11b-5)との酸化共重合(仕込み比3/7)(16-5)
【0218】
【化47】
【0219】
アルゴン雰囲気下、塩化鉄(III) 9.17g(57.2mmol)をアセトニトリル 40mLに懸濁し、これに参考例-3の方法で合成した(11a-2) 1.59g(4.35mmol)と参考例-12の方法で合成した(11b-5) 3.68g(10.1mmol)とをアセトニトリル 30mLに溶解した溶液をゆっくりと0℃で滴下し、室温で20時間撹拌した。反応溶液にメタノールを加え、濃縮後、生成した沈殿をろ過し、黒色固体を4.80g得た(収率:92.3%)。この黒色固体 4.80gをアルゴン雰囲気下、エタノール 50mLとヒドラジン一水和物 50mLに懸濁し、室温で24時間撹拌した。反応溶液を減圧濃縮し、水を加え、生成物をろ過回収することで、スルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-5)を4.00g得た(収率:83.3%)。GPC測定の結果、分子量はMn=18,300,Mw=55,600,Mw/Mn=3.03であった。
【0220】
実施例-5
チオフェン共重合体(17)の合成-5
【0221】
【化48】
【0222】
参考例-30で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-5) 3.70gと酢酸カリウム 1.23g(12.8mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 70mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-5K)を3.01g得た。
【0223】
参考例-31
3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(11a-2)とN-イソプロピル-3-[(2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホンアミド(11b-6)との酸化共重合(仕込み比3/7)(16-6)
【0224】
【化49】
【0225】
アルゴン雰囲気下、塩化鉄(III) 8.58g(53.6mmol)をアセトニトリル 40mLに懸濁し、これに参考例-3の方法で合成した(11a-2) 1.48g(4.05mmol)と、参考例-14の方法で合成した(11b-6) 3.28g(9.37mmol)とをアセトニトリル 30mLに溶解した溶液をゆっくりと0℃で滴下し、室温で20時間撹拌した。反応溶液にメタノールを加え、濃縮後、生成した沈殿をろ過し、黒色固体を4.17g得た(収率:87.8%)。この黒色固体 4.03gをアルゴン雰囲気下、エタノール 50mLとヒドラジン一水和物 50mLに懸濁し、室温で24時間撹拌した。反応溶液を減圧濃縮し、水を加え、生成物をろ過回収することで、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-6)を3.36g(収率:83.4%)。GPC測定の結果、分子量はMn=22,400,Mw=63,600,Mw/Mn=2.84であった。
【0226】
実施例-6
チオフェン共重合体(17)の合成-6
【0227】
【化50】
【0228】
参考例-31で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-6) 3.11gと酢酸カリウム 1.09g(11.1mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 60mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-6K)を3.03g得た。
【0229】
参考例-32
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(12a-2)と、N,N-ジエチル-3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホンアミド(12b-5)とのGRIM共重合(仕込み比3/7)(16-7)
【0230】
【化51】
【0231】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 159mg(0.300mmol)と参考例-13の方法で合成した(12b-5) 365mg(0.700mmol)とをアルゴン雰囲気下、THF 2mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 500μL(1.00mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、Ni(dppp)Cl 10.5mg(0.0193mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応溶液をメタノールに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-7)を232mg得た(収率:64.1%)。GPC測定の結果、分子量はMn=12,700,Mw=21,900,Mw/Mn=1.92であった。
【0232】
実施例-7
【0233】
【化52】
【0234】
参考例-32で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-7) 100mgと酢酸カリウム 25.1mg(0.255mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 2.0mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-7K)を105mg得た。
【0235】
参考例-33
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(12a-2)と、5,7-ジブロモ-2-(オクチルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン(15-1)とのGRIM共重合(仕込み比5/5)(16-8)
【0236】
【化53】
【0237】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 548mg(1.05mmol)と参考例-17の方法で合成した(15-1) 464mg(1.05mmol)とをアルゴン雰囲気下、THF 4mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 1.10mL(2.20mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、Ni(dppp)Cl 22.1mg(0.0405mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応溶液をメタノールに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-8)を613mg得た(収率:90.7%)。GPC測定の結果、分子量はMn=3,790,Mw=5,710,Mw/Mn=1.51であった。
【0238】
実施例-8
【0239】
【化54】
【0240】
参考例-33で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-8) 100mgと酢酸カリウム 25.6mg(0.260mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 1mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-8K)を84mg得た(収率:86.6%)。
【0241】
参考例-34
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(12a-2)と、5,7-ジブロモ-2-(オクチルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン(15-1)とのGRIM共重合(仕込み比3/7)(16-9)
【0242】
【化55】
【0243】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 156mg(0.299mmol)と参考例-17の方法で合成した(15-1) 312mg(0.706mmol)とをアルゴン雰囲気下、THF 2mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 500μL(1.00mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、Ni(dppp)Cl 11.2mg(0.0205mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応溶液をメタノールに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-9)を247mg得た(収率:80.7%)。GPC測定の結果、分子量はMn=3,040,Mw=4,340,Mw/Mn=1.43であった。
【0244】
実施例-9
【0245】
【化56】
【0246】
参考例-34で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-9) 107mgと酢酸カリウム 27.0mg(0.275mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 1mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-9K)を76mg得た(収率:72.4%)。
【0247】
参考例-35
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(12a-2)と、5,7-ジブロモ-2-(ドデシルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン(15-2)のGRIM共重合(仕込み比3/7)(16-10)
【0248】
【化57】
【0249】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 159mg(0.304mmol)と参考例-19の方法で合成した(15-2) 357mg(0.716mmol)とをアルゴン雰囲気下、THF 2mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 500μL(1.00mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、Ni(dppp)Cl 11.1mg(0.0204mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応溶液をメタノールに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-10)を260mg得た(収率:75.2%)。GPC測定の結果、分子量はMn=2,610,Mw=3,730,Mw/Mn=1.43であった。
【0250】
実施例-10
【0251】
【化58】
【0252】
参考例-35で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-10) 107mgと酢酸カリウム 26.0mg(0.265mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 1mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-10K)を99mg得た(収率:93.8%)。
【0253】
参考例-36
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(12a-2)と、5,7-ジブロモ-2-(ヘキサデシルオキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン(15-3)とのGRIM共重合(仕込み比3/7)(16-11)
【0254】
【化59】
【0255】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 156mg(0.300mmol)と参考例-21の方法で合成した(15-3) 388mg(0.700mmol)とをアルゴン雰囲気下、THF 2mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 500μL(1.00mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、Ni(dppp)Cl 10.5mg(0.0192mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応溶液をメタノールに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-11)を352mg得た(収率:79.9%)。GPC測定の結果、分子量はMn=1,320,Mw=1,960,Mw/Mn=1.49であった。
【0256】
実施例-11
【0257】
【化60】
【0258】
参考例-36で合成したスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-11) 101mgと酢酸カリウム 25.5mg(0.260mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 1mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-11K)を82mg得た(収率:82.2%)。
【0259】
参考例-37
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(12a-2)と、5,7-ジブロモ-2-(ブトキシエトキシメチル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン(15-4)とのGRIM共重合(仕込み比3/7)(16-12)
【0260】
【化61】
【0261】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 157mg(0.301mmol)と参考例-23の方法で合成した(15-4) 301mg(0.700mmol)をTHF 2mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 500μL(1.00mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、Ni(dppp)Cl 10.9mg(0.0200mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応溶液をメタノールに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-12)を242mg得た(収率:81.2%)。GPC測定の結果、分子量はMn=3,380,Mw=4,930,Mw/Mn=1.46であった。
【0262】
実施例-12
【0263】
【化62】
【0264】
参考例-37で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-12) 107mgと酢酸カリウム 25.3mg(0.258mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 1mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-12K)を98mg得た(収率:93.3%)。
【0265】
参考例-38
3-[(5,7-ジブロモ-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン-2-イル)メトキシ]-1-メチルプロパンスルホン酸2-メチルプロピル(12a-2)と、5,7-ジブロモ-2-(2,5,8,11-テトラオキサドデカン-1-イル)-2,3-ジヒドロチエノ[3,4-b][1,4]ジオキシン(15-5)とのGRIM共重合(仕込み比3/7)(16-13)
【0266】
【化63】
【0267】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 158mg(0.301mmol)と参考例-25の方法で合成した(15-5) 333mg(0.699mmol)とをアルゴン雰囲気下、THF 2mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 500μL(1.00mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、Ni(dppp)Cl 10.5mg(0.0193mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応溶液をメタノール/水(=1/1)混合溶媒に加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-13)を296mg得た(収率:89.6%)。GPC測定の結果、分子量はMn=3,540,Mw=4,720,Mw/Mn=2.03であった。
【0268】
実施例-13
【0269】
【化64】
【0270】
参考例-38で得られたスルホン酸エステルチオフェン共重合体(16-13) 103mgと酢酸カリウム 25.1mg(0.251mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 1mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のチオフェン共重合体(17-13K)を84mg得た(収率:83.0%)。
【0271】
比較例-1
【0272】
【化65】
【0273】
参考例-4の方法で合成した(12a-2) 525mg(1.01mmol)をアルゴン雰囲気下、THF 2mLに溶解し、これに2Mイソプロピルマグネシウムクロリド-THF溶液 500μL(1.00mmol)を加え、氷浴下で1時間撹拌した。その後、室温で1時間撹拌した後、Ni(dppp)Cl 10.5mg(0.0192mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応溶液をメタノールに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のスルホン酸エステルポリチオフェン(18-1)を282mg得た(収率:77.4%)。GPC測定の結果、分子量はMn=20,000,Mw=37,900,Mw/Mn=1.90であった。
【0274】
【化66】
【0275】
得られたスルホン酸エステルポリチオフェン(18-1) 50mg(14μmol-unit)と酢酸カリウム 27mg(0.28mmol)とをアルゴン雰囲気下、DMF 1mLに溶解し、100℃で5時間撹拌した。反応溶液をアセトンに加え、生成した沈殿をろ過し、黒色固体のポリチオフェン(19-1K)を43mg得た(収率:91%)。
【0276】
得られたポリチオフェン(19-1K)の粉末 10mgにDMAc 5mL又はDMF 5mLを加えて1時間超音波処理行った後、一晩撹拌した。更に20分間超音波ホモジナイザー(日本精機製U-150T、20kHz)で処理を行った。DMAc又はDMFを加えたいずれの場合においてもポリチオフェン(19-1K)の粉末は溶媒に分散せずに沈殿した。
【0277】
試験例
試験例-1
実施例-1で得られたチオフェン共重合体(17-1K) 1gにDMAc 99gを加えて、1時間超音波処理行った後、一晩撹拌した。更に20分間超音波ホモジナイザー(日本精機製U-300T、20kHz)で処理を行った。この(17-1K)の1%DMAc溶液に、イオン交換樹脂 3.5g(Amberlyst 15JS-HG)を投入して一晩撹拌した後、ポアサイズ3~7μmのフィルターでろ過することにより酸型のチオフェン共重合体(17-1H)のDMAc溶液を調製した。これをガラス板上に塗布し、窒素雰囲気下100℃で30分間、更に200℃で20分間熱処理を行った。膜厚を触針式膜厚計(Brucker DEKTAK)で計測し、(17-1H)のキャスト膜の表面抵抗を三菱化学製ロレスターTG(4端子法)で計測し、導電率を算出した。導電率は195S/cmであった。
【0278】
試験例-2
実施例-2で得られたチオフェン共重合体(17-2K)についても、試験例-1と同様な操作を行い、酸型のチオフェン共重合体(17-2H)のDMAc溶液を調製し、(17-2H)のキャスト膜の導電率を算出した。導電率は12S/cmであった。