JP4731942B2 - Polythiophene - Google Patents
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Description
本発明はポリチオフェンに関する。 The present invention relates to polythiophene.
ポリチオフェンは導電材料、光電変換材料、EL材料、非線形光学材料、FET材料などの先端機能材料に有用であることが広く知られており、これに水溶性、金属補足能、自己ドープ化等の機能を付与することを期待して、ヘテロ原子を有する置換基をもつポリチオフェンが検討されている(非特許文献1)。 Polythiophene is widely known to be useful for advanced functional materials such as conductive materials, photoelectric conversion materials, EL materials, nonlinear optical materials, and FET materials, and has functions such as water solubility, metal-capturing ability, and self-doping. A polythiophene having a substituent having a hetero atom has been studied in the hope of imparting (Non-patent Document 1).
そして、ヘテロ原子を有する置換基をもつポリチオフェンであって、高度に自己集積化したり、精密なレイヤー構造を形成したりできるなどの特性を有するものが求められている。
本発明の目的は、ヘテロ原子を有する置換基をもつポリチオフェンであって、高度に自己集積化したり、精密なレイヤー構造を形成したりできるなどの特性を有するものを提供することにある。
A polythiophene having a substituent having a heteroatom, which has such characteristics as being highly self-integrated and capable of forming a precise layer structure, is required.
An object of the present invention is to provide a polythiophene having a substituent having a hetero atom, which has characteristics such as high self-assembly and formation of a precise layer structure.
即ち本発明は、下式(I)で表される繰り返し単位を含み、数平均分子量が1,000以上であり、Mw/Mn(Mwは数平均分子量を表し、Mnは重量平均分子量を表す)が1.0〜1.8の範囲であることを特徴とするポリチオフェンを提供するものである。
(式中、R1およびR2はそれぞれ独立に、ヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する置換基または水素原子であり、R1およびR2の1つ以上がヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する置換基であるか、または、R1およびR2が一緒になってヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する環を形成している。)
また、本発明は、 下式(II)で表されるチオフェン化合物を有機溶媒中で有機マグネシウム試薬と反応させ、エチレンジホスフィン化合物/ニッケル触媒の共存下で重合させて得られることを特徴とする上記のポリチオフェンを提供するものである。
(式中、R1およびR2は式(I)のそれらと同じ定義である。X1およびX2はそれぞれ独立にハロゲン原子を表す。)
That is, the present invention includes a repeating unit represented by the following formula (I) and has a number average molecular weight of 1,000 or more, Mw / Mn (Mw represents a number average molecular weight, and Mn represents a weight average molecular weight). Is in the range of 1.0 to 1.8.
Wherein R 1 and R 2 are each independently a substituent or a hydrogen atom having at least one functional group containing a hetero atom, and one or more of R 1 and R 2 are functional groups containing a hetero atom. Or at least one substituent, or R 1 and R 2 are combined to form a ring having at least one functional group containing a hetero atom.)
Further, the present invention is obtained by reacting a thiophene compound represented by the following formula (II) with an organomagnesium reagent in an organic solvent and polymerizing in the presence of an ethylenediphosphine compound / nickel catalyst. The polythiophene is provided.
(In the formula, R 1 and R 2 have the same definitions as those in formula (I). X 1 and X 2 each independently represent a halogen atom.)
本発明のポリチオフェンは、高度に自己集積化したり、精密なレイヤー構造を形成したりできるなどの特性を有する。本発明のポリチオフェンは、ヘテロ原子を有する置換基の効果により水溶性、金属補足能、自己ドープ化等の高機能化され、かつ分子量分布が狭いことから高度に自己集積化したり、精密なレイヤー構造を形成したりする特性が期待され、導電材料、光電変換材料、EL材料、非線形光学材料、FET材料などの先端機能材料に用いられる。 The polythiophene of the present invention has such characteristics as being highly self-integrated and capable of forming a precise layer structure. The polythiophene of the present invention has high functionality such as water solubility, metal-capturing ability, self-doping, etc. due to the effect of the substituent having a hetero atom, and highly self-integrated due to a narrow molecular weight distribution, and a precise layer structure And is used for advanced functional materials such as conductive materials, photoelectric conversion materials, EL materials, nonlinear optical materials, and FET materials.
本発明のポリチオフェンは、上記一般式(I)で表される繰り返し単位を含むポリチオフェンで、数平均分子量(Mn)が1,000以上であり、重量平均分子量(Mw)とから求められる分子量分布(Mw/Mn)が1.0〜1.8であるポリチオフェンであり、上記一般式(I)で表される繰り返し単位から実質的になるものが好ましい。 The polythiophene of the present invention is a polythiophene containing a repeating unit represented by the above general formula (I), has a number average molecular weight (Mn) of 1,000 or more, and a molecular weight distribution obtained from the weight average molecular weight (Mw) ( Mw / Mn) is a polythiophene having a ratio of 1.0 to 1.8, and is preferably substantially composed of a repeating unit represented by the general formula (I).
式(I)において、R1およびR2はそれぞれ独立に、ヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する置換基または水素原子であり、R1およびR2の1つ以上がヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する置換基であるか、または、R1およびR2が一緒になってヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する環を形成している。 In formula (I), R 1 and R 2 are each independently a substituent having at least one functional group containing a hetero atom or a hydrogen atom, and one or more of R 1 and R 2 are functional groups containing a hetero atom It is a substituent having at least one group, or R 1 and R 2 are combined to form a ring having at least one functional group containing a hetero atom.
ここに、ヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する置換基におけるヘテロ原子を含む官能基としては、ハロゲン原子、水酸基、エーテル基、メルカプト基、チオエーテル基、一〜三級アミノ基、一〜三級ホスフィノ基、カルボニル基、エステル基、アミド基、二トリル基、ニトロ基、スルホン酸基、リン酸基、ホウ酸基等が挙げられる。該官能基としてはエーテル基、チオエーテル基、三級アミノ基または三級ホスフィノ基が好ましく、エーテル基、三級アミノ基がより好ましく、エーテル基がさらに好ましい。置換基におけるヘテロ原子を含む官能基の数は1以上であればよいが、好ましくは1〜100、より好ましくは1〜20、さらに好ましくは1〜5である。
上記一般式のR1およびR2の置換基におけるヘテロ原子を含む官能基以外は炭素原子および水素原子からなる。該置換基における炭素原子の数に特に制限はないが、好ましくは1〜200であり、より好ましくは1〜40であり、さらに好ましくは1〜20である。該置換基における水素原子の数に特に制限はないが、好ましくは3〜400であり、より好ましくは3〜80であり、さらに好ましくは3〜41である。
Here, as the functional group containing a hetero atom in a substituent having at least one functional group containing a hetero atom, a halogen atom, a hydroxyl group, an ether group, a mercapto group, a thioether group, a primary to tertiary amino group, or 1-3 Examples include a primary phosphino group, a carbonyl group, an ester group, an amide group, a nitrile group, a nitro group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and a boric acid group. The functional group is preferably an ether group, a thioether group, a tertiary amino group or a tertiary phosphino group, more preferably an ether group or a tertiary amino group, and even more preferably an ether group. Although the number of the functional group containing the hetero atom in a substituent should just be 1 or more, Preferably it is 1-100, More preferably, it is 1-20, More preferably, it is 1-5.
Other than the functional group containing a hetero atom in the substituents of R 1 and R 2 in the above general formula, it consists of a carbon atom and a hydrogen atom. Although there is no restriction | limiting in particular in the number of the carbon atoms in this substituent, Preferably it is 1-200, More preferably, it is 1-40, More preferably, it is 1-20. Although there is no restriction | limiting in particular in the number of the hydrogen atoms in this substituent, Preferably it is 3-400, More preferably, it is 3-80, More preferably, it is 3-41.
上記一般式(I)のヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する置換基の具体例として、メトキシ基、ジメチルアミノ基、メチルメルカプト基、ジメチルホスフィノ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキシロキシ基、オクチロキシ基、ドデシロキシ基、オクタデシロキシ基、アリロキシ基、フェノキシ基、メトキシメチル基、−O(CH2CH2O)mCH3基(ただし、mは1〜20の整数)、−CH2O(CH2CH2O)nCH3基(ただし、nは1〜20の整数)などが挙げられる。 Specific examples of the substituent having at least one functional group containing a hetero atom of the general formula (I) include methoxy group, dimethylamino group, methyl mercapto group, dimethylphosphino group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, pentoxy group, hexyloxy group, octyloxy group, dodecyloxy group, octadecyloxy group, allyloxy group, a phenoxy group, a methoxymethyl group, -O (CH 2 CH 2 O ) m CH 3 group (where, m is an integer from 1 to 20 ), - CH 2 O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 group (where, n is an integer of 1 to 20), and the like.
また、R1およびR2が一緒になってヘテロ原子を含む官能基を少なくとも1つ有する環を形成している場合、R1およびR2が一緒になった基としては−CH2OCH2−基、−OCH2CH2O−基、−OCH(CH3)CH2O−基、−OCH2CH2CH2O−基などがあげられる。
Further, R 1 and if R 2 form at least one having ring functional group containing a hetero atom together, R 1 and as the group R 2 taken together -CH 2 OCH 2 - groups, -OCH 2 CH 2 O-group, -OCH (CH 3) CH 2 O- groups, such as -OCH 2 CH 2 CH 2 O- group.
上記一般式(I)のR1およびR2として、好ましくは、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、−O(CH2CH2O)mCH3基(ただし、mは1〜10の整数)、−CH2O(CH2CH2O)nCH3基(ただし、nは1〜10の整数)、水素原子または
R1およびR2が環を形成する場合として-OCH2CH2O-基である。
より好ましくは、R1が水素原子であり、R2が炭素原子数1〜20のアルコキシ基、−O(CH2CH2O)mCH3基(ただし、mは1〜10の整数)、−CH2O(CH2CH2O)nCH3基(ただし、nは1〜10の整数)である。さらに好ましくは、R1が水素原子であり、R2が−CH2O(CH2CH2O)nCH3基(ただし、nは1〜10の整数)である。
As R 1 and R 2 in the general formula (I), preferably an alkoxy group having a carbon number of 1~20, -O (CH 2 CH 2 O) m CH 3 group (where, m is an integer of from 1 to 10 ), —CH 2 O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 group (where n is an integer of 1 to 10), hydrogen atom or R 1 and R 2 form a ring as —OCH 2 CH 2 O -Group.
More preferably, R 1 is a hydrogen atom, R 2 is an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, —O (CH 2 CH 2 O) m CH 3 group (where m is an integer of 1 to 10), —CH 2 O (CH 2 CH 2 O) n CH 3 group (where n is an integer of 1 to 10). More preferably, R 1 is a hydrogen atom, and R 2 is a —CH 2 O (CH 2 CH 2 O) nCH 3 group (where n is an integer of 1 to 10).
上記一般式(I)で表される繰り返し単位としては、具体的には、3−メトキシ−2,5−チオフェニレン、3−ジメチルアミノ−2,5−チオフェニレン、3−メチルメルカプト−2,5−チオフェニレン、3−ジメチルホスフィノ−2,5−チオフェニレン、3−エトキシ−2,5−チオフェニレン、3−プロポキシ−2,5−チオフェニレン、3−ブトキシ−2,5−チオフェニレン、3−ヘキシロキシ−2,5−チオフェニレン、3−ドデシロキシ−2,5−チオフェニレン、3−オクタデシロキシ−2,5−チオフェニレン、3−アリロキシ−2,5−チオフェニレン、3−フェノキシ−2,5−チオフェニレン、3−メトキシメチル−2,5−チオフェニレン、3−(2−メトキシエトキシ)メチル−2,5−チオフェニレン、3−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシメチル)−2,5−チオフェニレン、3−(2−(2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)エトキシメチル)−2,5−チオフェニレン、2,3−ジメトキシ−2,5−チオフェニレン、2,3−(エチレン−1,2−ジオキシ)−2,5−チオフェニレン、2,3−(プロピレン−1,2−ジオキシ)−2,5−チオフェニレン、2,3−(プロピレン−1,3−ジオキシ)−2,5−チオフェニレン等が挙げられる。 Specific examples of the repeating unit represented by the general formula (I) include 3-methoxy-2,5-thiophenylene, 3-dimethylamino-2,5-thiophenylene, 3-methylmercapto-2, 5-thiophenylene, 3-dimethylphosphino-2,5-thiophenylene, 3-ethoxy-2,5-thiophenylene, 3-propoxy-2,5-thiophenylene, 3-butoxy-2,5-thiophenylene 3-hexyloxy-2,5-thiophenylene, 3-dodecyloxy-2,5-thiophenylene, 3-octadecyloxy-2,5-thiophenylene, 3-allyloxy-2,5-thiophenylene, 3-phenoxy -2,5-thiophenylene, 3-methoxymethyl-2,5-thiophenylene, 3- (2-methoxyethoxy) methyl-2,5-thiophenylene, 3 (2- (2-methoxyethoxy) ethoxymethyl) -2,5-thiophenylene, 3- (2- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) ethoxymethyl) -2,5-thiophenylene, 2,3 -Dimethoxy-2,5-thiophenylene, 2,3- (ethylene-1,2-dioxy) -2,5-thiophenylene, 2,3- (propylene-1,2-dioxy) -2,5-thio Examples include phenylene, 2,3- (propylene-1,3-dioxy) -2,5-thiophenylene, and the like.
本発明のポリチオフェンにおける数平均分子量(Mn)は通常1,000以上であり、好ましくは1,000〜1,000,000であり、より好ましくは2,000〜500,000であり、さらに好ましくは3,000〜100,000である。 The number average molecular weight (Mn) in the polythiophene of the present invention is usually 1,000 or more, preferably 1,000 to 1,000,000, more preferably 2,000 to 500,000, still more preferably. 3,000 to 100,000.
本発明のポリチオフェンにおける重量平均分子量(Mw)とから求められる分子量分布(Mw/Mn)は1.0〜1.8であり、好ましくは1.0〜1.6であり、より好ましくは1.0〜1.5であり、さらに好ましくは1.0〜1.4である。 The molecular weight distribution (Mw / Mn) determined from the weight average molecular weight (Mw) in the polythiophene of the present invention is 1.0 to 1.8, preferably 1.0 to 1.6, more preferably 1. It is 0-1.5, More preferably, it is 1.0-1.4.
本発明のポリチオフェンにおいて、上記一般式(II)で表されるチオフェン化合物を有機溶媒中で有機マグネシウム試薬と反応させ、エチレンジホスフィン化合物/ニッケル触媒の共存下で重合させて得られるものがより好ましい。 The polythiophene of the present invention is more preferably obtained by reacting the thiophene compound represented by the general formula (II) with an organic magnesium reagent in an organic solvent and polymerizing it in the presence of an ethylenediphosphine compound / nickel catalyst.
上記一般式(II)におけるR1およびR2は、上記一般式(I)におけるR1およびR2と同じ定義であり、具体例および好ましい例も同じである。なおR1およびR2が、水酸基やカルボニル基などの有機マグネシウム試薬と反応性する官能基を持つ場合には、保護基を結合させ、重合後に保護基を脱離(脱保護)させればよい。このような保護および脱保護は、例えば、”Protective Groups in OrganicSynthesis,” John Wiley and Sons, New York (1981) に記載されている方法を用いればよい。 R 1 and R 2 in the general formula (II) have the same definition as R 1 and R 2 in the general formula (I), and specific examples and preferred examples are also the same. In addition, when R 1 and R 2 have a functional group reactive with an organomagnesium reagent such as a hydroxyl group or a carbonyl group, a protective group may be bonded and the protective group may be eliminated (deprotected) after polymerization. . For such protection and deprotection, for example, a method described in “Protective Groups in Organic Synthesis,” John Wiley and Sons, New York (1981) may be used.
上記一般式(II)におけるX1およびX2はそれぞれ独立にハロゲン原子である。該ハロゲン原子として、好ましくは塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子である。 X 1 and X 2 in the general formula (II) are each independently a halogen atom. The halogen atom is preferably a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom.
上記一般式(II)におけるX1とX2がそれぞれ、ヨウ素原子と臭素原子、臭素原子と塩素原子、ヨウ素原子とヨウ素原子、臭素原子と臭素原子が好ましく、ヨウ素原子と臭素原子、臭素原子と塩素原子がより好ましく、ヨウ素原子と臭素原子がさらに好ましい。 X 1 and X 2 in the general formula (II) are each preferably an iodine atom and a bromine atom, a bromine atom and a chlorine atom, an iodine atom and an iodine atom, a bromine atom and a bromine atom, an iodine atom and a bromine atom, A chlorine atom is more preferable, and an iodine atom and a bromine atom are further preferable.
本発明に用いられる有機溶媒として、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;ヘプタン、シクロヘキサン等の鎖状および環状の脂肪族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素;アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類;ジオキサン、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;ニトロメタン、ニトロベンゼン等のニトロ化合物類が挙げられる。反応溶媒としては、芳香族炭化水素系またはエーテル類が好ましい。これらの有機溶媒は、単独でも2種以上の混合物として使用してもよい。該有機溶媒はマグネシウム試薬と反応させる際に使用するものと重合の際に使用するものが、同じでも異なっていてもよい。 Examples of the organic solvent used in the present invention include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; chain and cyclic aliphatic hydrocarbons such as heptane and cyclohexane; halogenated hydrocarbons such as chlorobenzene, dichlorobenzene and dichloromethane; acetonitrile And nitriles such as benzonitrile; ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and ethylene glycol dimethyl ether; amides such as N, N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone; and nitro compounds such as nitromethane and nitrobenzene. As the reaction solvent, aromatic hydrocarbons or ethers are preferable. These organic solvents may be used alone or as a mixture of two or more. The organic solvent used in the reaction with the magnesium reagent and the organic solvent used in the polymerization may be the same or different.
前記の有機溶媒の使用量は、通常、上記一般式(II)で表されるチオフェン化合物1gに対して、0.01〜10,000mLで使用するが、好ましくは0.1〜1,000mLであり、より好ましくは1〜100mLである。 The amount of the organic solvent used is usually 0.01 to 10,000 mL with respect to 1 g of the thiophene compound represented by the general formula (II), preferably 0.1 to 1,000 mL. Yes, more preferably 1 to 100 mL.
本発明における上記一般式(II)で表されるチオフェン化合物と有機マグネシウム試薬と反応とは、例えば、特開2004―115695号公報に記載されるグリニャールメタセシス反応と呼ばれる公知の反応である。 The reaction between the thiophene compound represented by the general formula (II) and the organomagnesium reagent in the present invention is a known reaction called Grignard metathesis reaction described in, for example, JP-A No. 2004-115695.
本発明に用いられる有機マグネシウム試薬は、例えば、式R’MgX’(式中、R’は、炭素数1〜8のアルキル基、ビニル基またはフェニル基であり、X’は塩素原子、臭素原子またはヨウ素原子である)で表される化合物である。特に好ましい有機マグネシウム試薬としては、イソプロピルマグネシウムクロライドが挙げられる。 The organomagnesium reagent used in the present invention includes, for example, the formula R′MgX ′ (wherein R ′ is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a vinyl group, or a phenyl group, and X ′ is a chlorine atom or a bromine atom. Or an iodine atom). A particularly preferred organomagnesium reagent is isopropylmagnesium chloride.
前記の有機マグネシウム試薬の使用量は、通常、上記一般式(II)で表されるチオフェン化合物1モルに対して、0.5〜10モルで使用するが、好ましくは0.9〜1.1モルであり、より好ましくは0.95〜1.05モルである。 The amount of the organomagnesium reagent used is usually 0.5 to 10 mol, preferably 0.9 to 1.1, based on 1 mol of the thiophene compound represented by the general formula (II). Mol, more preferably 0.95 to 1.05 mol.
本発明のチオフェン化合物と有機マグネシウム試薬と反応温度は、通常、―60℃〜160℃であり、好ましくは―40℃〜120℃であり、より好ましくは―20℃〜80℃である。該反応の時間は、通常、1分間〜100時間であり、好ましくは5分間〜24時間であり、より好ましくは10分間〜6時間である。 The reaction temperature of the thiophene compound of the present invention, the organomagnesium reagent and the reaction temperature is usually −60 ° C. to 160 ° C., preferably −40 ° C. to 120 ° C., more preferably −20 ° C. to 80 ° C. The reaction time is usually 1 minute to 100 hours, preferably 5 minutes to 24 hours, and more preferably 10 minutes to 6 hours.
本発明におけるニッケル触媒による重合とは、例えば、特開2004―115695号公報に記載される公知の重縮合反応である。 The polymerization with a nickel catalyst in the present invention is a known polycondensation reaction described in, for example, JP-A No. 2004-115695.
本発明に用いるニッケル触媒としては、本発明の効果を奏するものであれば限定されないが、分子量分布の観点から、エチレンジホスフィン化合物/ニッケル触媒が好ましい。
エチレンジホスフィン化合物として、1,2−ビス(ジメチルホスフィノ)エタン、1,2−ビス(ジエチルホスフィノ)エタン、1,2−ビス(ジ-n-プロピルホスフィノ)エタン、1,2−ビス(ジイソプロピルホスフィノ)エタン、1,2−ビス(ジ-t-ブチルホスフィノ)エタン、1,2−ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)エタン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)- 1−メチルエタン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)- 1,2−ジメチルエタン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)- 1,2−シクロヘキサンが挙げられる。ニッケル触媒としては、エチレンジホスフィン化合物と、ニッケル(0)またはニッケル(II)塩からなる錯体が用いられる。ニッケル(II)塩としては、フッ化ニッケル、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ヨウ化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニッケル、リン酸ニッケル、酢酸ニッケル、メタンスルホン酸ニッケル、トリフルオロメタンスルホン酸ニッケル、トルエンスルホン酸ニッケル等が挙げられる。特に好ましいニッケル触媒は、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン・塩化ニッケル(II)である。
The nickel catalyst used in the present invention is not limited as long as the effects of the present invention are exhibited, but an ethylenediphosphine compound / nickel catalyst is preferable from the viewpoint of molecular weight distribution.
As ethylenediphosphine compounds, 1,2-bis (dimethylphosphino) ethane, 1,2-bis (diethylphosphino) ethane, 1,2-bis (di-n-propylphosphino) ethane, 1,2-bis (Diisopropylphosphino) ethane, 1,2-bis (di-t-butylphosphino) ethane, 1,2-bis (dicyclohexylphosphino) ethane, 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane, 1,2 -Bis (diphenylphosphino) -1-methylethane, 1,2-bis (diphenylphosphino) -1,2-dimethylethane, 1,2-bis (diphenylphosphino) -1,2-cyclohexane. As the nickel catalyst, a complex composed of an ethylenediphosphine compound and nickel (0) or nickel (II) salt is used. Nickel (II) salts include nickel fluoride, nickel chloride, nickel bromide, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, nickel carbonate, nickel phosphate, nickel acetate, nickel methanesulfonate, nickel trifluoromethanesulfonate, Examples thereof include nickel toluene sulfonate. A particularly preferred nickel catalyst is 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane.nickel (II) chloride.
前記のニッケル触媒の使用量は、通常、上記一般式(II)で表されるチオフェン化合物1モルに対して、0.0001〜10モル%で使用するが、好ましくは0.001〜5モル%で使用するであり、より好ましくは0.01〜5モル%である。 The amount of the nickel catalyst used is usually 0.0001 to 10 mol% with respect to 1 mol of the thiophene compound represented by the general formula (II), preferably 0.001 to 5 mol%. More preferably, it is 0.01-5 mol%.
本発明の重合反応の温度は、通常、―60℃〜100℃であり、好ましくは―50℃〜60℃であり、より好ましくは―40℃〜40℃である。該反応の時間は、通常、10分間〜1,000時間であり、好ましくは30分間〜500時間であり、より好ましくは1〜200時間である。 The temperature of the polymerization reaction of the present invention is usually −60 ° C. to 100 ° C., preferably −50 ° C. to 60 ° C., more preferably −40 ° C. to 40 ° C. The reaction time is usually 10 minutes to 1,000 hours, preferably 30 minutes to 500 hours, more preferably 1 to 200 hours.
前記の重合反応が終了後に、重合混合物を必要に応じ、塩酸水溶液や水で洗浄し、その後、有機溶媒を蒸発させるか、または貧溶媒を加えて沈殿させてポリチオフェンを単離することが好ましい。該貧溶媒としてはポリチオフェンが溶けない溶媒を用いればよく、例えば、ヘプタン、シクロヘキサン等の鎖状および環状の脂肪族炭化水素;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール等のアルコール類;水が挙げられ、好ましくはメタノールである。該貧溶媒の使用量は、通常、反応溶媒10mLに対して、1〜1,000mLであり、好ましくは5mL〜100mLである。 After the completion of the polymerization reaction, it is preferable to wash the polymerization mixture with an aqueous hydrochloric acid solution or water as necessary, and then evaporate the organic solvent or precipitate the polythiophene by adding a poor solvent. As the poor solvent, a solvent that does not dissolve polythiophene may be used, for example, chain and cyclic aliphatic hydrocarbons such as heptane and cyclohexane; alcohols such as methanol, ethanol, n-propyl alcohol, and iso-propyl alcohol; Water is mentioned, and methanol is preferable. The usage-amount of this poor solvent is 1-1000 mL normally with respect to 10 mL of reaction solvents, Preferably it is 5-100 mL.
以下に、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりその範囲を限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the scope of the present invention is not limited by these examples.
実施例1
反応は三方コックを備えたナスフラスコを用いて窒素気流下で行なった。ヒートガンを用いてフラスコを加熱しながら減圧乾燥し、アルゴン置換した後に室温に戻した。これに 2-ブロモ-5-ヨード-3-[2-(2-メトキシエトキシ)エトキシメチル]チオフェン 0.426 g(1.01 mmol) および内部標準物質としてナフタレン 0.0400 g (0.312 mmol) を加えて、再度減圧乾燥とアルゴン置換をした。乾燥THF 5 ml を加えて 0 ℃に冷却した後、イソプロピルマグネシウムクロライドTHF溶液(2.0 mol/l) 0.50 ml(1.0 mmol、1.0 eq) 加えて、0 ℃で 1 時間攪拌した。反応溶液を -20 ℃に冷却した後、乾燥THF 5 ml で懸濁した1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン・塩化ニッケル(II)0.0117 g (0.0222 mmol、モノマーに対して 2.2 mol%) を-20 ℃に冷却してから加えて、-20 ℃で 118 時間攪拌した。反応終了後、5 M HClを加えてから、クロロホルムで抽出して、有機層を水で洗浄した後に無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。減圧下溶媒を留去して、ヘキサンで洗浄することで黒赤色の固体ポリ(3-(2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ)メチル-2,5-チオフェン)を得た(1H NMR (600 MHz, CDCl3) : 7.25 (s, 1 H), 4.66 (s, 2 H), 3.74 (s, 4 H), 3.68 (t, 2 H), 3.56 (t, 2 H), 3.37 ( s, 3 H))。本ポリマーのMnは6520、Mw/Mnは1.23であった。
Example 1
The reaction was carried out under a nitrogen stream using an eggplant flask equipped with a three-way cock. The flask was dried under reduced pressure while heating with a heat gun, purged with argon, and then returned to room temperature. To this was added 0.426 g (1.01 mmol) of 2-bromo-5-iodo-3- [2- (2-methoxyethoxy) ethoxymethyl] thiophene and 0.0400 g (0.312 mmol) of naphthalene as an internal standard substance, and dried again under reduced pressure. And replaced with argon. After adding 5 ml of dry THF and cooling to 0 ° C., 0.50 ml (1.0 mmol, 1.0 eq) of isopropylmagnesium chloride THF solution (2.0 mol / l) was added, and the mixture was stirred at 0 ° C. for 1 hour. After cooling the reaction solution to -20 ° C, 0.0117 g (0.0222 mmol, 2.2 mol% based on monomer) of 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane / nickel chloride suspended in 5 ml of dry THF Was added after cooling to −20 ° C. and stirred at −20 ° C. for 118 hours. After completion of the reaction, 5 M HCl was added, followed by extraction with chloroform. The organic layer was washed with water and then dried over anhydrous magnesium sulfate. The solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was washed with hexane to obtain black-red solid poly (3- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) methyl-2,5-thiophene) ( 1 H NMR ( 600 MHz, CDCl 3 ): 7.25 (s, 1 H), 4.66 (s, 2 H), 3.74 (s, 4 H), 3.68 (t, 2 H), 3.56 (t, 2 H), 3.37 (s , 3 H)). Mn of this polymer was 6520, and Mw / Mn was 1.23.
比較例1
1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン・塩化ニッケル(II)を1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン・塩化ニッケル(II)に替えた以外は、実施例1と同様にしてポリ(3-(2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ)メチル-2,5-チオフェン)を得た。本ポリマーのMnは7310、Mw/Mnは1.89であった。
Comparative Example 1
Except that 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane / nickel (II) chloride was replaced with 1,3-bis (diphenylphosphino) propane / nickel (II) chloride, poly ( 3- (2- (2-methoxyethoxy) ethoxy) methyl-2,5-thiophene) was obtained. Mn of this polymer was 7310, and Mw / Mn was 1.89.
特開2004−115695号公報に記載されるように、アルキル基を置換基にもつチオフェン誘導体の重合では、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン・塩化ニッケル触媒が好適であり、分子量分布の狭いポリマーが得られていた。しかし、ヘテロ原子を有する置換基をもつポリチオフェン誘導体の重合では、比較例1が示すように1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン・塩化ニッケル触媒で合成されたポリマーの分子量分布は広かった。実施例1のように1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン・塩化ニッケル触媒を用いることにより分子量の狭いポリマーが得られた。
このように、本発明のヘテロ原子を有する置換基をもつポリチオフェンを製造するためには、分子量分布の狭いポリ(アルキルチオフェン)の製造に好適にもちいられる、プロピレンジホスフィン化合物/ニッケル触媒よりも、エチレンジホスフィン化合物/ニッケル触媒が好適である。
As described in JP-A No. 2004-115695, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane / nickel chloride catalyst is suitable for polymerization of a thiophene derivative having an alkyl group as a substituent, and has a molecular weight distribution. A narrow polymer was obtained. However, in the polymerization of a polythiophene derivative having a substituent having a hetero atom, as shown in Comparative Example 1, the molecular weight distribution of the polymer synthesized with 1,3-bis (diphenylphosphino) propane / nickel chloride catalyst was wide. A polymer having a narrow molecular weight was obtained by using a 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane / nickel chloride catalyst as in Example 1.
Thus, in order to produce the polythiophene having a substituent having a heteroatom of the present invention, ethylene is more suitable than the propylene diphosphine compound / nickel catalyst, which is preferably used for producing poly (alkylthiophene) having a narrow molecular weight distribution. A diphosphine compound / nickel catalyst is preferred.
Claims (3)
(式中、R1およびR2はそれぞれ独立に、エーテル基を3〜20有する置換基または水素原子であり、R1およびR2の1つ以上が、エーテル基を3〜20有する置換基である。) The repeating unit represented by the following formula (I) is included, the number average molecular weight is 1,000 or more, and Mw / Mn (Mw represents the number average molecular weight and Mn represents the weight average molecular weight) is 1.0 to A polythiophene characterized by being in the range of 1.8.
Wherein R 1 and R 2 are each independently a substituent having 3 to 20 ether groups or a hydrogen atom, and one or more of R 1 and R 2 are substituents having 3 to 20 ether groups. Oh Ru.)
(式中、R 1 およびR 2 はそれぞれ独立に、エーテル基を3〜20有する置換基または水素原子であり、R 1 およびR 2 の1つ以上が、エーテル基を3〜20有する置換基である。)
(式中、R1およびR2は式(I)のそれらと同じ定義である。X1およびX2はそれぞれ独立にハロゲン原子を表す。) The thiophene compound represented by the following formula (II) is reacted with an organomagnesium reagent in an organic solvent and polymerized in the presence of an ethylenediphosphine compound / nickel catalyst, and then the organic solvent is evaporated or a poor solvent is added. Including a repeating unit represented by the following formula (I), having a number average molecular weight of 1,000 or more, Mw / Mn (Mw represents a number average molecular weight, and Mn is a weight average) A method for producing polythiophene having a molecular weight of 1.0 to 1.8.
Wherein R 1 and R 2 are each independently a substituent having 3 to 20 ether groups or a hydrogen atom, and one or more of R 1 and R 2 are substituents having 3 to 20 ether groups. is there.)
(In the formula, R 1 and R 2 have the same definitions as those in formula (I). X 1 and X 2 each independently represent a halogen atom.)
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