JP2008223015A - ブロック共重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下式(V)で表される芳香族化合物から選ばれ、Arが異なる芳香族化合物二種以上を、下式(I)の化合物を含むニッケル錯体等の存在下で、順次反応させてそれぞれの芳香族化合物からなるブロックを順次形成するブロック共重合体の製造方法であって、上記二種以上の芳香族化合物を、それらの、芳香環電荷パラメーターの値の大きいものから小さいものへの順に反応させる方法。
(Arは芳香環を含む(2+k)価の有機基。Rはヒドロカルビル基等。kは0以上の整数。Xはハロゲン原子等。Yは、酸素原子等。nは0又は1。Mは−B(OQ1)2等(Q1はヒドロカルビル基等)
(R1はヒドロカルビル基。R2はヒドロカルビレン基。)
【選択図】なし
Description
一方、非特許文献4に、基本構造はチオフェンで置換基のみ異なる芳香族化合物二種類をNi触媒触媒存在下重縮合させるチオフェン単位からなるブロック二種類からなるブロック共重合体の製造方法が記載されている。
下記一般式(I)で表されるホスフィン化合物を含むニッケル錯体または下記一般式(II)で表されるホスフィン化合物を含むパラジウム錯体の存在下で、順次反応させてそれぞれの芳香族化合物からなるブロックを順次形成するブロック共重合体の製造方法であって、
上記二種以上の芳香族化合物を、それらの、芳香環電荷パラメーターの値の大きいものから小さいものへの順に反応させるブロック共重合体の製造方法である。
一般式(V):
(式中、Arは芳香環を含む(2+k)価の有機基である。XはAr中の芳香環と結合している。Rは置換されてもよいヒドロカルビル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基、置換されていてもよいヒドロカルビルカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルスルホニル基、置換されてもよいヒドロカルビルアミノ基または置換されてもよいヒドロカルビルアミノカルボニル基を表す。kは0以上の整数である。Rが複数ある場合は、すべてのRは同じであっても異なっていてもよく、2個のRが一緒になって環を形成してもよい。Xはハロゲン原子、ニトロ基又は−SO3Qで表される基(ここで、Qは置換されていてもよいヒドロカルビル基を表す。)を表す。Yは、酸素原子、硫黄原子、イミノ基、置換イミノ基、エテニレン基、置換エテニレン基又はエチニレン基を表す。nは0又は1である。Mは水素原子、−B(OQ1)2、−Si(Q2)3、−Sn(Q3)3又は−Z1(Z2)mを表す。(ここで、Q1は水素原子又はヒドロカルビル基を表し、2個のQ1は同じであっても異なっていてもよく、2個のQ1が一緒になって環を形成してもよい。Q2はヒドロカルビル基を表し、3個のQ2は同じであっても異なっていてもよい。Q3はヒドロカルビル基を表し、3個のQ3は同じであっても異なっていてもよい。Z1は金属原子又は金属イオンを表し、Z2はカウンターイオンを表し、mは0以上の整数である。)
一般式(I):
(式中、R1は置換されていてもよいヒドロカルビル基を表し、4個のR1は同じであっても異なっていてもよく、2個のR1が一緒になって環を形成してもよい。R2は置換されていてもよいヒドロカルビレン基を表す。)
一般式(II):
P(R3)3 (II)
(式中、R3は下式(III)で表される基または下式(IV)で表される基であり、3つのR3は同じでも異なっていてもよいが、3つのR3のうち少なくとも一つは下式(III)で表される基である。)
−C(R4)3 (III)
(式中、R4は水素原子または置換されてもよいヒドロカルビル基であり、3つのR4は同じでも異なっていてもよく、2つのR4が一緒になって環を形成してもよく、2つ以上のR4が水素原子であることはない。)
(式中、R5〜R9はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、置換されていてもよいヒドロカルビル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基、置換されていてもよいヒドロカルビルカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルスルホニル基、置換されてもよいヒドロカルビルアミノ基または置換されてもよいヒドロカルビルアミノカルボニル基であり、R5またはR6のうち少なくとも1つは水素原子ではなく、R5とR7、R7とR9、R6とR8、およびR8とR9がそれぞれ一緒になって環を形成してもよい。)
ここで、芳香環電荷パラメータ−とは、上記式(V)の芳香族化合物に対応する下記一般式(VI)
一般式(VI):
(ここに、式(Vl)は、上記式(V)におけるM−(Y)nおよびXをそれぞれ水素原子で置き換えてなるものであり、HMは、M−(Y)nに対応する水素原子を表し、Hxは、Xに対応する水素原子を表す。Ar、Rおよびkはそれぞれ前記と同じ意味を表す。HxはAr中の芳香環と結合している。)
で表される芳香族化合物モデルにつき、半経験的分子軌道計算AM1法で構造最適化した後、当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算し、そのうち、当該芳香族化合物モデル中の計算対象芳香環
(当該芳香族化合物モデルにおいて、計算対象芳香環は、
(a)Hxに結合している芳香環が、単環性芳香環である場合は、当該単環性芳香環であり、
(b)Hxに結合している芳香環が、複数個の単環性芳香環が縮環してなる芳香環縮合環である場合は、当該芳香環縮合環であり、
(c)Hxに結合している芳香環が、芳香環縮合環および単環性芳香環からなる群から選ばれる1個以上の環(A)と、環(A)以外の環から選ばれる1個以上の環(B)とが縮環してなる環である場合は、当該環(A)のうち、Hxに結合している環である。)
の環を構成する各原子の電荷のうち、炭素原子、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の電荷の総和を、それらの原子の総数で除した値(P)(但し、kが1以上の整数であり、Rとして、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基、および置換されてもよいヒドロカルビルアミノ基からなる群から選ばれ、計算対象芳香環に結合している1個以上の基(C)を有する場合には、上記の値(P)に、基(C)の中の計算対象芳香環に結合している原子の電荷の総和を、それらの原子の総数で除した後に、さらに10で除した値(P')を加えた値(Q))をいう。
本発明の製造方法は、前記一般式(V)で表される芳香族化合物から選ばれ、Arがそれぞれ異なる芳香族化合物二種以上を、前記一般式(I)で表されるホスフィン化合物を含むニッケル錯体または前記一般式(II)で表されるホスフィン化合物を含むパラジウム錯体の存在下で、順次反応させてそれぞれの芳香族化合物からなるブロックを順次形成するブロック共重合体の製造方法であって、
上記二種以上の芳香族化合物を、それらの、芳香環電荷パラメーター
の値の大きいものから小さいものへの順に反応させるブロック共重合体の製造方法である。
該芳香族化合物として上記一般式(V)のArが同じもののみを共重合させた場合、得られたブロック共重合体に機能性を十分に付与できない場合がある。該芳香族化合物として、上記一般式(V)のArが異なるものを2〜6種用いることが好ましく、2〜4種用いることがより好ましく、2または3種用いることがさらに好ましい。なお、該芳香族化合物として上記一般式(V)のArが異なるものを2種以上含めば、Arの同じものを幾つ含んでもよい。
本発明に用いる上記一般式(V)におけるArは芳香環を含む(2+k)価の有機基である。当該有機基は、芳香環を含む有機化合物の芳香環から水素原子を(2+k)個取り除いた残基である。
該芳香環としては、単環性芳香環、縮環性芳香環等があげられる。
縮環性芳香環としては、該単環性芳香環の中から互いに独立に選んだ2つ以上を縮環した環(芳香環縮合環ということがある);芳香環縮合環および単環性芳香環からなる群から選ばれる1種以上の環(A)と、環(A)以外の環から選ばれる1種以上の環(B)とが縮環してなる環;等があげられる。
該縮環性芳香環において、縮環する単環性芳香環の数としては、2〜4が好ましく、2〜3がより好ましい。
等があげられる。
芳香環を含む有機化合物としては、(i)芳香環1個からなる有機化合物、(ii)芳香環2個以上が、単結合またはメチレン基、エチレン基、エテニレン基、エチニレン基、酸素原子、硫黄原子、イミノ基、カルボニル基もしくはスルホニル基等の2価の基で連結してなる有機化合物等があげられる。
ここに、連結する芳香環(単環性芳香環及び/又は縮環性芳香環)の数としては、2〜4が好ましく、2〜3がより好ましく、2がさらに好ましい。
(ii)芳香環2個以上が、単結合または2価の基等で連結してなる有機化合物としては、
等があげられる。
該RがArで表される有機基中の窒素原子に結合する場合には、置換されていてもよいヒドロカルビル基である。また、Rで表される基が複数の置換基を有する場合には、2個の置換基が連結して環を形成していてもよく、例えば、以下の例が挙げられる。
本発明の製造方法に用いることができるニッケル錯体は、上記一般式(I)で示されるホスフィン化合物を含む。
上記一般式(I)中のR1は、置換されていてもよいヒドロカルビル基を表す。4個のR1は同じであっても異なっていてもよく、2個のR1が一緒になって環を形成してもよい。
ヒドロカルビルアミノカルボニル基は、アミノカルボニル基に前記のヒドロカルビル基が1個又は2個結合してなる基である。(順に、モノ(ヒドロカルビル)アミノカルボ二ル基、ジ(ヒドロカルビル)アミノカルボニル基)
R2は置換されていてもよいヒドロカルビレン基(2価の炭化水素基)を表す。
このホスフィン化合物を含むニッケル錯体は、単離せずに、重縮合に用いてもよいし、単離して用いてもよい。
本発明の製造方法に用いることができるパラジウム錯体は、上記一般式(II)で示されるホスフィン化合物を含む。
上記一般式(II)において、R3は上記一般式(III)で表される基または上記一般式(IV)で表される基であり、3つのR3は同じでも異なっていてもよく、3つのR3のうち少なくとも一つは上式(III)で表される基である。
)
上記一般式(IV)のR5〜R9としては、水素原子、置換されてもよいヒドロカルビル基、置換されてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されてもよいジ(ヒドロカルビル)アミノ基が好ましく、水素原子、置換されてもよいヒドロカルビル基、置換されてもよいヒドロカルビルオキシ基がより好ましく、水素原子、置換されてもよいヒドロカルビル基がさらに好ましい。
このホスフィン化合物を含むパラジウム錯体は、単離せずに、重縮合に用いてもよいし、単離して用いてもよい。
本発明の製造方法は、前記一般式(V)で表される芳香族化合物から選ばれ、Arがそれぞれ異なる芳香族化合物二種以上を、前記一般式(I)で表されるホスフィン化合物を含むニッケル錯体または前記一般式(II)で表されるホスフィン化合物を含むパラジウム錯体の存在下で、順次接触させるブロック共重合体の製造方法であって、
上記二種以上の芳香族化合物を、それらの、芳香環電荷パラメーター
の大きい順に接触させるブロック共重合体の製造方法である。
一般式(VI):
(ここに、式(Vl)は、上記式(V)におけるM−(Y)nおよびXをそれぞれ水素原子で置き換えてなるものであり、HMは、M−(Y)nに対応する水素原子を表し、Hxは、Xに対応する水素原子を表す。Ar、Rおよびkはそれぞれ前記と同じ意味を表す。HxはAr中の芳香環と結合している。)
で表される芳香族化合物モデルにつき、半経験的分子軌道計算AM1法で構造最適化した後、当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算し、そのうち、当該芳香族化合物モデル中の計算対象芳香環
(当該芳香族化合物モデルにおいて、計算対象芳香環は、
(a)Hxに結合している芳香環が、単環性芳香環である場合は、当該単環性芳香環であり、
(b)Hxに結合している芳香環が、複数個の単環性芳香環が縮環してなる芳香環縮合環である場合は、当該芳香環縮合環であり、
(c)Hxに結合している芳香環が、芳香環縮合環および単環性芳香環からなる群から選ばれる1種以上の環(A)と、環(A)以外の環から選ばれる1種以上の環(B)とが縮環してなる環である場合は、当該環(A)のうち、Hxに結合している環である。)
の環を構成する各原子の電荷のうち、炭素原子、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の電荷の総和を、それらの原子の総数で除した値(P)(但し、kが1以上の整数であり、Rとして、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基、および置換されてもよいヒドロカルビルアミノ基からなる群から選ばれ、計算対象芳香環に結合している1個以上の基(C)を有する場合には、上記の値(P)に、基(C)の中の計算対象芳香環に結合している原子の電荷の総和を、それらの原子の総数で除した後に、さらに10で除した値(P')を加えた値(Q))をいう。
の芳香環パラメーターの値の求め方を説明する。
まず、上記式(Va)で表される芳香族化合物のBrおよびMgClをそれぞれ水素原子に置き換えた下記式(VIa)
の芳香族化合物モデルにつき、富士通社WinMOPAC3.9により半経験的分子軌道計算AM1法で構造最適化したのち、当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算する。
上記式(VIa)において、上記式(VI)におけるHx(式(VIa)における右側の水素原子)に結合している芳香環は、単環性芳香環であるベンゼン環であるから、計算対象芳香環はベンゼン環である。
この環を構成する炭素原子(上記式(VIa)の1から6の番号のついた原子)の電荷の総和は−0.494となり、それらの原子の総数(上記式(VIa)の場合は6)で除した値(P)は−0.082である。
但し、この場合、式(VIa)の芳香化合物モデルは、上記式(VI)において、kが2であり、計算対象芳香環であるベンゼン環に結合した基(C)(ヒドロカルビルオキシ基に該当するメトキシ基)を2つ有している。
従って、上記式(Va)で表される芳香族化合物の芳香環電荷パラメーターは、上記の値(P)−0.082に、基(C)の中の計算対象芳香環に結合している酸素原子の電荷の総和、−0.430を、それらの原子の総数(上記式(VIa)の場合は2)で除した後に、さらに10で除した値(P')−0.022を加えた値(Q)−0.104と算出される。
の芳香環パラメーターの値の求め方を説明する。
上記式(Vb)で表される芳香族化合物に対応する芳香族化合物モデル(VIb)
につき、上記と同様にして当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算する。
上記式(VIb)において、Hxに結合している芳香環は、単環性芳香環であるベンゼン環(計算対象芳香環の定義における環(A)に該当)が2個と、シクロペンタン環(前記計算対象芳香環の定義における環(B)に該当)が1個とが縮環してなる環であるから、計算対象芳香環はベンゼン環である。
この環を構成する炭素原子(上記式(VIb)の1から6の番号のついた原子)の電荷の総和は−0.586となり、それらの原子の総数(上記式(VIb)の場合は6)で除した値(P)、−0.098が上記式(Vb)で表される芳香族化合物の芳香環電荷パラメーターである。
の芳香環パラメーターの値の求め方を説明する。
上記式(Vc)で表される芳香族化合物に対応する芳香族化合物モデル(VIc)
につき、上記と同様にして当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算する。
上記式(Vlc)において、Hxに結合している芳香環は、単環性芳香環であるベンゼン環であるから、計算対象芳香環はベンゼン環である。
この環を構成する炭素原子(上記式(VIc)の1から6の番号のついた原子)の電荷の総和は−0.622となり、それらの原子の総数(下記式(VIc)の場合は6)で除した値(P)、−0.104が、上記式(Vc)で表される芳香族化合物の芳香環電荷パラメーターである。
の芳香環パラメーターの値の求め方を説明する。
上記式(Vd)で表される芳香族化合物に対応する芳香族化合物モデル(VId)
につき、上記と同様にして当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算する。
上記式(Vld)において、Hxに結合している芳香環は、単環性芳香環であるピロール環が2個縮合してなる芳香環縮合環であるから、計算対象芳香環は、当該芳香環縮合環である。
この環を構成する炭素原子、窒素原子、硫黄原子(上記式(VId)の1から8の番号のついた原子)の電荷の総和は−0.888となり、それらの原子の総数(上記式(VId)の場合は8)で除した値(P)、−0.111が下記式(Vd)で表される芳香族化合物の芳香環電荷パラメーターである。
の芳香環パラメーターの値の求め方を説明する。
上記式(Ve)で表される芳香族化合物に対応する芳香族化合物モデル(VIe)
につき、上記と同様にして当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算する。
上記式(Vle)において、Hxに結合している芳香環は、単環性芳香環であるベンゼン環(計算対象芳香環の定義における環(A)に該当)、芳香環縮合環であるナフタレン環(計算対象芳香環の定義における環(A)に該当)およびシクロペンタン環(前記計算対象芳香環の定義における環(B)に該当)が縮合してなる環である。
したがって、計算対象芳香環は、計算対象芳香環の定義に記載されているとおり、環(A)に該当するベンゼン環及びナフタレン環のうちHxに結合しているナフタレン環である。
この環を構成する炭素原子(下記式(VIe)の1から10の番号のついた原子)の電荷の総和は−0.856となり、それらの原子の総数(下記式(VIe)の場合は10)で除した値(P)、−0.086が、上記式(Ve)で表される芳香族化合物の芳香環電荷パラメーターである。
の芳香環パラメーターの値の求め方を説明する。
上記式(Vf)で表される芳香族化合物に対応する芳香族化合物モデル(VIf)
につき、上記と同様にして当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算する。
上記式(VIf)において、Hxに結合している芳香環は、単環性芳香環であるチオフェン環であるから、計算対象芳香環はチオフェン環である。
この環を構成する炭素原子、硫黄原子(上記式(VIf)の1から5の番号のついた原子)の電荷の総和は−0.338となり、それらの原子の総数(上記式(VIf)の場合は5)で除した値(P)は−0.068である。
但し、この場合、式(VIf)の芳香化合物モデルは、上記式(VI)において、kが2であり、当該計算対象芳香環に結合した基(C)(2個のヒドロカルビルオキシ基が一緒になって環を形成している)を2つ有している。
従って、上記式(Vf)で表される芳香族化合物の芳香環電荷パラメーターは、上記の値(P)−0.068に基(C)の中の計算対象芳香環に結合している酸素原子の電荷の総和−0.354を、それらの原子の総数(上記式(VIf)の場合は2)で除した後に、さらに10で除した値(P')−0.018を加えた値(Q)−0.086と計算される。
共重合(A)において、一般式(V)で表される芳香族化合物としては、下記一般式(VII) で表される芳香族マグネシウム化合物であることがより好ましい。
(式中、Ar、R、及びkは前記と同じ意味であり、Xaはハロゲン原子、ニトロ基又は−SO3Qで表される基(ここで、Qは置換されていてもよいヒドロカルビル基を表す。
)を表す。Zaはハロゲン化物イオンを表す。)
前記一般式(VII)中、Zaで表されるハロゲン化物イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンが好ましく、臭化物イオン、ヨウ化物イオンがより好ましく、臭化物イオンがさらに好ましい。なお、Ar、R及びkの具体例及び好ましい例は前記と同じであるが。Xaの具体例及び好ましい例は前記Xのそれらと同じである。
(式中、Ar、R、k及びXaは前記と同じ意味であり、Xbはハロゲン原子を表す。)
上記一般式(VIII)中、Xbはハロゲン原子であり、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が好ましく、臭素原子、ヨウ素原子がより好ましく、臭素原子がさらに好ましい。なお、Ar、R、k及びXaの具体例及び好ましい例は前記と同じである。
上記の共重合(B)の反応条件としては、Chem.Rev.102,1359(2002)およびその参照文献に記載されている、パラジウム触媒を用いる種々の芳香族カップリングの反応条件を用いることができる。特に、上記一般式(V)におけるXがハロゲン原子、Mが−B(OQ1)2である芳香族化合物を用いる反応はChem.Rev.95,2457(1995)、J.Am.Chem.Soc.129,7236(2007)およびその参照文献に記載される鈴木カップリングと呼ばれる代表的な反応である。共重合(B)の反応条件の代表例を以下に説明する。
該塩基の使用量としては限定はないが、上記一般式(V)で表される芳香族化合物に対する該塩基の使用量として、好ましくは0.01〜1000モル倍量であり、より好ましくは0.1〜100モル倍量であり、さらに好ましくは1〜100モル倍量である。
り、より好ましくは1〜500mLである。
本発明のブロック共重合体は、上記本発明の製造方法で製造されたブロック共重合体である。
該ブロック共重合体のポリスチレン換算の数平均分子量は6,000以上が好ましく、8,000以上がより好ましく、10,000以上がさらに好ましい。該ブロック共重合体の(ポリスチレン換算の重量平均分子量)/(ポリスチレン換算の数平均分子量)で規定される分子量分布は1.0〜1.8が好ましく、1.0〜1.6がより好ましく、1.0〜1.4がさらに好ましい。
式(V)においてArがA、k、nが0である化合物(X)を触媒存在下反応させた後に、化合物(X)より芳香環パラメータの値が小さい式(V)においてArがBで、k、nが0である化合物(X1)を反応させた場合、下記式で示されるブロック共重合体が得られる。
−(A)ra−(B)rb−
(ra、rbは2以上の数である。)
また、1,2−ビス(ジフェニルフォスフィノ)エタンを「dppe」、1,3−ビス(ジフェニルフォスフィノ)プロパンを「dppp」と略す。後述の表1に示す「ポリマー収率」は、モノマー転化率の値(実測値)から求められる理論値である。
上記一般式(VI)で表される芳香族化合物モデルに相当する芳香環電荷パラメーターとして求めたところ、2,5−ジヘキシルオキシベンゼンが−0.104であり、3−((2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ)メチル)チオフェンが−0.113であり、3−ヘキシルチオフェンが−0.116であり、1−ヘキシルピロールが−0.163であり、9,9−ジオクチルフルオレンが−0.098であり、 4−メトキシトリフェニルアミンが−0.104であった。
フラスコに無水塩化リチウム 0.042 g (0.99 mmol) を加え、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 1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼン 0.483 g (1.00 mmol) および内部標準物質としてナフタレン 0.0317 g (0.240 mmol) を加えて、再度アルゴン置換した。乾燥 THF 5 mL を加え、イソプロピルマグネシウムクロライド THF 溶液 (2.0 mol/l) を 0.5 mL (1.0 mmol) 加えて 0 oC で 1 時間攪拌し、1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼンをグリニャール化した。その後、THF 5 mL に懸濁させた Ni(dppe)Cl2 0.0100 g (0.0189 mmol, 1.9 mol %) を加えて、室温で 30 分攪拌した。別のナスフラスコにて 2,5-ジブロモ-3-((2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ)メチル)チオフェン 0.421 g (1.00 mmol)、ナフタレン 0.0279 g (0.218 mmol)、乾燥 THF 5 mL およびイソプロピルマグネシウムクロライド THF 溶液 (2.0 mol/l) 0.5 mL (1.0 mmol) を加えて 0 oC で 1 時間攪拌して、2,5-ジブロモ-3-((2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ)メチル)チオフェンをグリニャール化した。そのTHF 溶液を反応液に加えて室温で 10 分間攪拌した。反応終了後、5 M HCl を加えてからクロロホルムで抽出し、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、次式で表されるブロック共重合体(Mn = 17600, Mw/Mn = 1.21) を得た。
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 2,5-ジブロモ-3-((2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ)メチル)チオフェン 0.421 g (1.00 mmol) および内部標準物質としてナフタレン 0.0527 g (0.411 mmol) を加えて、再度アルゴン置換した。乾燥 THF 5 mL を加え、イソプロピルマグネシウムクロライド THF 溶液 (2.0 mol/l) を 0.5 mL (1.0 mmol) 加えて 0 oC で 1 時間攪拌し、2,5-ジブロモ-3-((2-(2-メトキシエトキシ)エトキシ)メチル)チオフェンをグリニャール化した。その後、THF 5 mL に懸濁させた Ni(dppe)Cl2 0.0095 g (0.0180 mmol, 1.8 mol %) を加えて、室温で 1.5 時間攪拌した。別のナスフラスコにて 1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼン 0.483 g (1.00 mmol)、ナフタレン 0.0387 g (0.302 mmol)、乾燥 THF 5 mL およびイソプロピルマグネシウムクロライド THF 溶液 (2.0 mol/l) 0.5 mL (1.0 mmol) を加えて 0 oC で 1 時間攪拌して、1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼンをグリニャール化した。そのTHF 溶液を反応液に加えて室温で 24 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、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、共重合体(Mn = 3100, Mw/Mn = 4.20) が得られた。
フラスコに無水塩化リチウム 0.042 g (0.99 mmol) を加え、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 1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼン 0.483 g (1.00 mmol) および内部標準物質としてナフタレン 0.0448 g (0.350 mmol) を加えて、再度アルゴン置換した。乾燥 THF 5 mL を加え、イソプロピルマグネシウムクロライド THF 溶液 (2.0 mol/l) を 0.5 mL (1.0 mmol) 加えて 0 oC で 1 時間攪拌し、1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼンをグリニャール化した。その後、THF 5 mL に懸濁させた Ni(dppe)Cl2 0.0105 g (0.0199 mmol, 2.0 mol %) を加えて、室温で 30 分攪拌した。別のナスフラスコにて 2,5-ジブロモ-3-ヘキシルチオフェン 0.373 g (1.00 mmol)、ナフタレン 0.0329 g (0.257 mmol)、乾燥 THF 5 mL およびイソプロピルマグネシウムクロライド THF 溶液 (2.0 mol/l) 0.5 mL (1.0 mmol) を加えて 0 oCで 1 時間攪拌して、2,5-ジブロモ-3-ヘキシルチオフェンをグリニャール化した。そのTHF 溶液を反応液に加えて室温で 10 分間攪拌した。反応終了後、5 M HCl を加えてからクロロホルムで抽出し、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、共重合体(Mn = 16200, Mw/Mn = 1.27) が得られた。芳香環電荷パラメーターの大きいグリニャール化された2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼン(−0.104)を先に重合した後に、2,5-ジブロモ-3-ヘキシルチオフェン(−0.116)を共重合することで、分子量分布の狭いブロック共重合体が得られた。
フラスコに無水塩化リチウム 0.044 g (1.04 mmol) を加え、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 1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼン 0.487 g (1.01 mmol) および内部標準物質としてナフタレン 0.0437 g (0.341 mmol) を加えて、再度アルゴン置換した。乾燥 THF 5 mL を加え、イソプロピルマグネシウムクロライド THF 溶液 (2.0 mol/l) を 0.48 mL (0.96 mmol) 加えて室温で 1 時間攪拌して、1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼンをグリニャール化した。その後、 THF 5 mL に懸濁させた Ni(dppe)Cl2 0.0137 g (0.026 mmol, 2.6 mol %) を加えて、室温で 30 分攪拌した。別のナスフラスコにて N-へキシル-2,5-ジブロモピロール 0.319 g (1.03 mmol)、dppe 0.0122 g (0.0306 mmol, 3.1 mol %)、ナフタレン 0.0417 g (0.325 mmol)、乾燥 THF 5 mL およびイソプロピルマグネシウムクロライド THF 溶液 (2.0 mol/l) 0.48 mL (0.96 mmol) を加えて室温で 24 時間攪拌して、N-へキシル-2,5-ジブロモピロールをグリニャール化した。その THF 溶液を反応液に加えて 0 ℃ で 9 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、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液および水で洗浄した後に無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。減圧下溶媒を留去し、次式で表されるブロック共重合体 0.448 g (Mn = 17000, Mw/Mn = 1.23) を得た。芳香環電荷パラメーターの大きいグリニャール化された1-ブロモ-2,5-ジへキシルオキシ-4-ヨードベンゼン(−0.104)を先に重合した後に、N-へキシル-2,5-ジブロモピロール(−0.163)を共重合することで、分子量分布の狭いブロック共重合体が得られた。
(i) 2-ブロモ-9,9-ジオクチルフルオレン-7-ボロン酸ピナコールエステルは公知の合成法に従い、合成した(参考文献:J. Am. Chem. Soc. 126, 7041 (2004))。
(ii) (4−ブロモ−フェニル)−(4−メトキシ−フェニル)−[4−(4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン−2−イル)−フェニル]−アミンは公知の合成法に従い、合成した(特許文献:特開2007−211237)。
(iii) P(tBu)3Pd(Ph)Brは公知の方法に従い、アルゴン雰囲気下、ビス(トリ-t−ブチルホスフィン)パラジウム(0)とブロモベンゼンを反応させることにより合成した(参考文献:J. Am. Chem. Soc. 126, 1184 (2004))。
(iv) アルゴン雰囲気下、フラスコに、2-ブロモ-9,9-ジオクチルフルオレン-7-ボロン酸ピナコールエステル 149 mg(0.25 mmol)、オクチルベンゼン(内部標準物質、100μL)を加えてアルゴン置換した。乾燥THF 38 mL を加えて溶解した後に、2M Na2CO3aq. 5 mLを仕込んだ。別途、アルゴングローブボックスにて、PtBu3Pd(Ph)Br 5.83 mg(0.013 mmol、5.0 mol%)をテトラヒドロフラン2 mLに溶解した黄色溶液をアルゴンガス雰囲気下で、上記モノマー溶液中へ一括仕込みし、室温にて30min 攪拌した。その後、脱水THF 2 mL に溶解させた(4−ブロモ−フェニル)−(4−メトキシ−フェニル)−[4−(4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン−2−イル)−フェニル]−アミン 30 mg (0.063 mmol) を加えて室温で30min 攪拌した。反応終了後、室温にて水層を分液した後、油層中へ2規定塩酸 10 mLを加え攪拌し、メタノールに注加して攪拌し、析出した沈殿をろ過して減圧乾燥し、次式で表されるブロック共重合体(Mn = 14600, Mw/Mn = 1.34)が得られた。芳香環電荷パラメーターの大きい2-ブロモ-9,9-ジオクチルフルオレン-7-ボロン酸ピナコールエステル(−0.098)を先に重合した後に、(4−ブロモ−フェニル)−(4−メトキシ−フェニル)−[4−(4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン−2−イル)−フェニル]−アミン(−0.104)を共重合することで、分子量分布の狭いブロック共重合体が得られた。
アルゴン雰囲気下、フラスコに、2-ブロモ-9,9-ジオクチルフルオレン-7-ボロン酸ピナコールエステル 23 mg(0.042 mmol)、ナフタレン(内部標準物質、5.5 mg)、CsF 0.070 g (0.460 mmol)、18-Crown-6 0.294 g (1.10 mmol)、乾燥THF 4 mL、水を約 0.6 mL加え、脱気した後アルゴン置換した。別途、アルゴン雰囲気下、ナスフラスコにPtBu3Pd(Ph)Br 1.0 mg(0.0021 mmol、5.0 mol%)と乾燥THF 2 mLを加え、ダイアフラムポンプを用いて脱気した後にアルゴン置換した。この溶液をカヌーラを用いて、上記モノマー溶液中へ加え、0℃にて4時間攪拌した。その後、別途、 アルゴン雰囲気下、ナスフラスコに4-ヨード-2,5-ジヘキシルオキシベンゼンボロン酸 19 mg (0.043 mmol) と乾燥THF 3 mL を加え、ダイアフラムポンプを用いて脱気した後、アルゴン置換し、この溶液をカヌーラを用いて反応溶液に加え、0℃で1時間攪拌した。反応終了後、12N塩酸を加えてから塩化メチレンで抽出し、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、無水硫酸マグネシウムを濾過した後に、その濾液を減圧乾燥することで、次式で表されるブロック共重合体(Mn = 13000, Mw/Mn = 1.29)が得られた。芳香環電荷パラメーターの大きい2-ブロモ-9,9-ジオクチルフルオレン-7-ボロン酸ピナコールエステル(−0.098)を先に重合した後に、4-ヨード-2,5-ジヘキシロキシベンゼンボロン酸(−0.104)を共重合することで、分子量分布の狭いブロック共重合体が得られた。
Claims (3)
- 下記一般式(V)で表される芳香族化合物から選ばれ、Arがそれぞれ異なる芳香族化合物二種以上を、
下記一般式(I)で表されるホスフィン化合物を含むニッケル錯体または下記一般式(II)で表されるホスフィン化合物を含むパラジウム錯体の存在下で、順次反応させてそれぞれの芳香族化合物からなるブロックを順次形成するブロック共重合体の製造方法であって、
上記二種以上の芳香族化合物を、それらの、芳香環電荷パラメーターの値の大きいものから小さいものへの順に反応させることを特徴とするブロック共重合体の製造方法。
一般式(V):
(式中、Arは芳香環を含む(2+k)価の有機基である。XはAr中の芳香環と結合している。Rは置換されてもよいヒドロカルビル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基、置換されていてもよいヒドロカルビルカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルスルホニル基、置換されてもよいヒドロカルビルアミノ基または置換されてもよいヒドロカルビルアミノカルボニル基を表す。kは0以上の整数である。Rが複数ある場合は、すべてのRは同じであっても異なっていてもよく、2個のRが一緒になって環を形成してもよい。Xはハロゲン原子、ニトロ基又は−SO3Qで表される基(ここで、Qは置換されていてもよいヒドロカルビル基を表す。)を表す。Yは、酸素原子、硫黄原子、イミノ基、置換イミノ基、エテニレン基、置換エテニレン基又はエチニレン基を表す。nは0又は1である。Mは水素原子、−B(OQ1)2、−Si(Q2)3、−Sn(Q3)3又は−Z1(Z2)mを表す。(ここで、Q1は水素原子又はヒドロカルビル基を表し、2個のQ1は同じであっても異なっていてもよく、2個のQ1が一緒になって環を形成してもよい。Q2はヒドロカルビル基を表し、3個のQ2は同じであっても異なっていてもよい。Q3はヒドロカルビル基を表し、3個のQ3は同じであっても異なっていてもよい。Z1は金属原子又は金属イオンを表し、Z2はカウンターイオンを表し、mは0以上の整数である。)
一般式(I):
(式中、R1は置換されていてもよいヒドロカルビル基を表し、4個のR1は同じであっても異なっていてもよく、2個のR1が一緒になって環を形成してもよい。R2は置換されていてもよいヒドロカルビレン基を表す。)
一般式(II):
P(R3)3 (II)
(式中、R3は下式(III)で表される基または下式(IV)で表される基であり、3つのR3は同じでも異なっていてもよいが、3つのR3のうち少なくとも一つは下式(III)で表される基である。)
−C(R4)3 (III)
(式中、R4は水素原子または置換されてもよいヒドロカルビル基であり、3つのR4は同じでも異なっていてもよく、2つのR4が一緒になって環を形成してもよく、2つ以上のR4が水素原子であることはない。)
(式中、R5〜R9はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、置換されていてもよいヒドロカルビル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基、置換されていてもよいヒドロカルビルカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルスルホニル基、置換されてもよいヒドロカルビルアミノ基または置換されてもよいヒドロカルビルアミノカルボニル基であり、R5またはR6のうち少なくとも1つは水素原子ではなく、R5とR7、R7とR9、R6とR8、およびR8とR9がそれぞれ一緒になって環を形成してもよい。)
ここで、芳香環電荷パラメータ−とは、上記式(V)の芳香族化合物に対応する下記一般式(VI)
一般式(VI):
(ここに、式(Vl)は、上記式(V)におけるM−(Y)nおよびXをそれぞれ水素原子で置き換えてなるものであり、HMは、M−(Y)nに対応する水素原子を表し、Hxは、Xに対応する水素原子を表す。Ar、Rおよびkはそれぞれ前記と同じ意味を表す。HxはAr中の芳香環と結合している。)
で表される芳香族化合物モデルにつき、半経験的分子軌道計算AM1法で構造最適化した後、当該芳香族化合物モデルを構成する各原子の電荷を計算し、そのうち、当該芳香族化合物モデル中の計算対象芳香環
(当該芳香族化合物モデルにおいて、計算対象芳香環は、
(a)Hxに結合している芳香環が、単環性芳香環である場合は、当該単環性芳香環であり、
(b)Hxに結合している芳香環が、複数個の単環性芳香環が縮環してなる芳香環縮合環である場合は、当該芳香環縮合環であり、
(c)Hxに結合している芳香環が、芳香環縮合環および単環性芳香環からなる群から選ばれる1個以上の環(A)と、環(A)以外の環から選ばれる1個以上の環(B)とが縮環してなる環である場合は、当該環(A)のうち、Hxに結合している環である。)
の環を構成する各原子の電荷のうち、炭素原子、酸素原子、窒素原子および硫黄原子の電荷の総和を、それらの原子の総数で除した値(P)(但し、kが1以上の整数であり、Rとして、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基および置換されてもよいヒドロカルビルアミノ基からなる群から選ばれ計算対象芳香環に結合している1個以上の基(C)を有する場合には、上記の値(P)に、基(C)の中の計算対象芳香環に結合している原子の電荷の総和を、それらの原子の総数で除した後に、さらに10で除した値(P')を加えた値(Q))をいう。 - 請求項1に記載の製造方法により製造されたブロック共重合体。
- ポリスチレン換算の数平均分子量が6,000以上であり、かつ(ポリスチレン換算の重量平均分子量)/(ポリスチレン換算の数平均分子量)で規定される分子量分布が1.0〜1.8である請求項2に記載のブロック共重合体。
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