説明

π共役系重合体の製造方法

【課題】位置規則性が高く、分子量及び分子量分布が制御された重合体を、工業的に再現性よく安定的に製造することを可能とする、π共役系高分子の製造方法を提供する。
【解決手段】π共役系重合体の製造方法は、金属錯体触媒の存在下で、少なくとも1種類の下記化学式(1)
−A−MgX ・・・(1)
(式中、Aは置換基を有してもよい2価の芳香環基であり、X及びXは、同一又は異なるハロゲン原子である)で示される有機マグネシウム化合物を、カップリング又はクロスカップリングし、重合させるπ共役系重合体の製造方法であって、
その反応混合物中における水分量及び過酸化物の酸素原子換算のモル数を、前記金属錯体触媒の金属原子に対して最大でも1モル当量とするものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電性を有するπ共役系重合体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
置換チオフェンや置換フェニレン等からなるπ共役系高分子は導電性高分子であり、その潜在的物性から電子材料、光学材料、磁気機能材料等への応用に向けて精力的に研究されている。なかでも有機溶媒に可溶なπ共役系高分子は、スピンコート法、キャスト法、デイップ法等の比較的簡便な工程により低コストで薄膜を形成することができるため、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子や発光ダイオード等の電気−光変換素子、電界効果トランジスタ等の電気・電子素子、太陽電池等の光−電気変換素子、印刷回路配線板等への応用が望まれている。
【0003】
このようなπ共役系重合体の製造方法として、逐次重合で進行する縮合重合(非特許文献1)や、酸化鉄等を用いた化学酸化重合(非特許文献2)が既に報告されている。しかしこのよう重合方法では分子量や分子量分布を制御した重合体が得られず、実用化するために必要な導電性を充分に付与した重合体を得ることが困難であった。また、重合体が得られたとしてもその位置規則性が低く、キャリア移動度の大幅な低下を引き起こす等の問題があった。しかし近年、Ni触媒を用いた熊田カップリングによる重合が開発され、従来のπ共役系重合体と比較して、位置選択性が95%を越える非常に高いものであり、かつ分子量分布(重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn))が1.4以下と非常に狭い重合体を得る方法が報告されている(非特許文献3〜5、特許文献1〜2)。
【0004】
しかしながら、本発明者らが前記の方法を検討した結果、重合反応の再現性が悪く、目的の重合物が安定的に製造することが困難であることが判明した。これは、工業的に生産するのには非常に大きな問題となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】化学と工業,2009年,第62-2巻,pp.622-625
【非特許文献2】エム.サトウ(M.Sato),エイチ.モリイ(H.Morii),ポリマーコミュニケーション(Polymer communication),1991年,第32巻,pp.42
【非特許文献3】アール.ディー.マックロウ(R.D.McCullough),アール.ディー.ルーヴ(R.D.Lowe),ジャーナルオブ ジ ケミカル ソサエティー,ケミカル コミュニケーションズ(Journal of the Chemical Society,ChemicalCommunications),1992年,pp.70-72
【非特許文献4】エー.ヨコヤマ(A.Yokoyama),アール.ミヤコシ(R.Miyakoshi),ティ.ヨコザワ(T.Yokozawa),マクロモレキュールズ(Macromolecules),2007年,第40巻,pp.4093-4101
【非特許文献5】エー.ヨコヤマ(A.Yokoyama),アール.ミヤコシ(R.Miyakoshi),ティ.ヨコザワ(T.Yokozawa),マクロモレキュールズ(Macromolecules),2004年,第37巻,pp.1169-1172
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2004−115695号公報
【特許文献2】特開2003−261654号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、位置規則性が高く、分子量及び分子量分布が制御された重合体を、工業的に再現性よく安定的に製造することを可能とする、π共役系高分子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載されたπ共役系重合体の製造方法は、金属錯体触媒の存在下で、下記化学式(1)
−A−MgX ・・・(1)
(式中、Aは置換基を有してもよい2価の芳香環基であり、X及びXは、同一又は異なるハロゲン原子である)で示される少なくとも1種類の有機マグネシウム化合物を、カップリング又はクロスカップリングし、重合させるπ共役系重合体の製造方法であって、その反応混合物中における水分量及び過酸化物の酸素原子換算のモル数を、前記金属錯体触媒の金属原子に対して最大でも1モル当量とすることを特徴とする。
【0009】
請求項2に記載のπ共役系重合体の製造方法は、請求項1に記載されたものであって、前記金属錯体触媒がNi錯体であることを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載のπ共役系重合体の製造方法は、前記Aが、下記化学式(2)
【化1】

(式中、R及びRは、同一又は異なり、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、又は置換基を有してもよいアリール基である)で示される2,5−チエニレン基であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明のπ共役系重合体の製造方法によれば、位置規則性が高くてキャリア移動度が高く、適度な分子量及び狭範囲の分子量分布に制御されたπ共役系重合体を、実験室レベルの小スケールからプラントレベルの工業スケールまでの広範囲において高収率で簡便に再現性よく安定的に得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を実施するための好ましい形態について詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。
【0013】
本発明のπ共役系重合体の製造方法は、前記化学式(1)で示される有機マグネシウム化合物と、金属錯体触媒と、溶媒との反応混合物における水分のモル数及び不純物として混在する過酸化物の酸素原子換算モル数を、それぞれ金属錯体触媒の金属原子のモル数に対し1モル当量以下にして、有機マグネシウム化合物をカップリング又はクロスカップリングすることで芳香環繰返単位の連なったπ共役系重合体を得るものである。
【0014】
π共役系重合体の製造工程の一実施例を詳細に説明する。
【0015】
不活性溶媒中で、下記化学式(3)
−A―X ・・・(3)
(式中、Aは置換基を有してもよい2価の芳香環基であり、X及びXは、同一又は異なるハロゲン原子である)で示されるジハロゲン化芳香族化合物と、グリニャール試薬である下記化学式(4)
R’−MgX ・・・(4)
(式中、R’は、炭素数1〜10のアルキル基であり、Xは、同一又は異なるハロゲン原子である)で示される有機マグネシウムハロゲン化合物との交換反応であるグリニャールメタセシス反応により、下記化学式(1)
−A−MgX ・・・(1)
(式中、Aは置換基を有してもよい2価の芳香環基であり、X及びXは、同一又は異なるハロゲン原子である)で示される有機マグネシウム化合物を得る。
【0016】
続いて、得られた有機マグネシウム化合物を、脱水及び過酸化物除去処理をした溶媒中において、金属錯体触媒の存在下で、カップリング又はクロスカップリングして、π共役系重合体を得る。この反応を下記反応式(a)に示す。
【0017】
【化2】

【0018】
π共役系重合体の製造方法における重合温度は、−80℃〜60℃であり、0〜50℃であると好適であり、20〜40℃であるとさらに好適である。重合反応系の圧力は、特に限定されないが、0.1〜10気圧であると好適である。なかでも、1気圧前後で重合反応を行なうことが好適である。また、重合時間は、特に限定されず、π共役系重合体の原料である単量体、すなわち有機マグネシウム化合物によって異なる。好ましくは、20分〜10時間である。
【0019】
得られたπ共役系重合体は、例えば、再沈殿、加熱下での溶媒除去、減圧下での溶媒除去、水蒸気による溶媒の除去(スチームストリッピング)等の、重合体を溶液から単離する際の通常の操作によって、反応混合物から分離、取得することができる。
【0020】
前記化学式(1)で示される有機マグネシウム化合物及び前記化学式(3)で示されるジハロゲン化芳香族化合物のAは、置換基を有してもよい2価の芳香環基である。かかる芳香環としては、例えば、ベンゼン環、ピリジン環、1,2−ジアジン環、1,3−ジアジン環、1,4−ジアジン環、1,3,5−トリアジン環、フラン環、ピロール環、チオフェン環、セレノフェン環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、アザジアゾール環等の単環式芳香環;該単環式芳香環の中から互いに独立に選んだ2個以上が縮合した縮合多環式芳香環が挙げられる。
【0021】
なかでも有機マグネシウム化合物(1)のAは、前記化学式(2)で示される2,5−チエニレン基であると好適である。前記化学式(2)で示される2,5−チエニレン基のR及びRは、置換基を有してもよい直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、又は置換基を有してもよいアリール基である。炭素数1〜20のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、i−プロピル基,t−ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、6−ブロモヘキシル基、6−(テトラヒドロピラニルオキシ)ヘキシル基、メトキシエトキシエトキシメチル基等が挙げられる。また、炭素数3〜20のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、チエニル基、フリル基等が挙げられる。
【0022】
これらの有機マグネシウム化合物(1)を、π共役系重合体の原料として1種単独で用いて重合してもよく、2種以上用いて共重合してもよい。
【0023】
π共役系重合体の製造方法に用いられる金属錯体触媒は、通常、周期表(18族長周期型周期表)の3〜10族、なかでも8〜10族に属する遷移金属の錯体が挙がられる。具体的には、公知のNi,Pd,Ti,Zr,V,Cr,Co,Fe等の錯体が挙げられる。なかでも、安価に入手可能なNi錯体が最も好適である。また、使用する錯体の配位子としては、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリt−ブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス(2−メチルフェニル)ホスフィン等の単座ホスフィン配位子;ジフェニルホスフィノメタン(dppm)、1,2−ジフェニルホスフィノエタン(dppe)、1,3−ジフェニルホスフィノプロパン(dppp)、1,4−ジフェニルホスフノブタン(pddb)、1,3−ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)プロパン(dcpp)、1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン(dppf)、2,2−ジメチル−1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン等の二座ホスフィン配位子;テトラメチルエチレンジアミン、ビピリジン、アセトニトリル等の含窒素系配位子等が含有されていることが好適である。なかでも、Ni(dppp)Cl、Ni(dppe)Clを用いるのがより好適である。
【0024】
金属錯体触媒の使用量は、所望のπ共役系重合体の重合度によって異なるが、単量体である有機マグネシウム化合物(1)に対して、0.001〜0.1モルであると好適である。金属錯体触媒が、多すぎると得られるπ共役系重合体の分子量低下の原因となり、また経済的にも不利である。一方、少なすぎると、重合速度が遅くなり、安定した生産が困難になる。
【0025】
π共役系重合体の製造方法に用いる溶媒は、グリニャール試薬である原料の有機マグネシウムハロゲン化合物(4)及びそれのグリニャールメタセシス反応によって得られる有機マグネシウム化合物(1)が安定に存在できる溶媒であれば特に制限されない。例えば、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、ジフェニルエーテル等のエーテル系溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式飽和炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒ならびにこれらの混合物等が挙げられる。
【0026】
この溶媒の使用量としては、有機マグネシウム化合物(1)に対して1〜1000重量倍の範囲であると好適である。さらに、得られるπ共役系重合体の溶解度や反応液の攪拌効率の観点からは、10重量倍以上であると好適であり、反応速度の観点からは100重量倍以下であると好適である。
【0027】
本発明のπ共役系重合体の製造方法では、溶媒や原料である単量体に含有される水、メタノール、エタノール、塩酸等のプロトン供与性化合物と、溶媒やこの単量体が酸化された不純物として混在する過酸化物とが、重合反応成績に悪影響を与えるため、重合反応系で占める比率の高い溶媒の品質が特に重要となる。なかでも、水及び過酸化物は重合反応成績に大きく影響する。反応混合物に含有される水分量のモル数及び過酸化物の酸素原子換算のモル数を、それぞれ金属錯体触媒の遷移金属原子のモル数に対し当量比で1以下に制御することが必要である。
【0028】
通常、入手しうる溶媒の品質は、製造ロットや販売業者等によって差があるため、前記記載の範囲に溶媒を制御するためには、必要に応じて、重合前、特に重合直前に溶媒を精製して品質を制御することが好ましい。精製法は、金属ナトリウムや五酸化二リン等の脱水剤存在下蒸留精製の手法、もしくは市販されている一般的な吸着剤、例えば活性アルミナ等のアルミナ系、シリカゲル、エアロゲル、コロイダルゲル等のシリカ系、アルミノシリケートゼオライト、メタロシリケートゼオライト、アルミノリン酸塩ゼオライト等のゼオライト系、活性白土、モンモリロナイト、スメクタイト等の粘土系、メソポーラスシリカ等のメソポーラス系、活性炭、炭素繊維、木炭等の炭素系吸着剤、イオン交換樹脂、キレート樹脂、バイオマス吸着剤等の合成系吸着剤、ヒドロキシアパタイト、ヘテロポリ酸塩、多孔性酸化マンガン等を用いた不純物の吸着除去、及び必要に応じたそれのろ別による精製の手法が挙げられる。また、溶媒精製装置等を用いる方法も有用である。精製法として、何れか一方の手法を用いてもよく、両方の手法を用いてもよい。とりわけ、金属ナトリウム存在下蒸留精製を行なった後、和光純薬工業(株)製のモレキュラーシーブスを用いて精製することが好適であり、さらに和光純薬工業(株)製のモレキュラーシーブス5Aを用いるのが好適である。また、ニッコー・ハンセン(株)製の溶媒精製装置GlassContourを用いる方法も好適である。
【0029】
反応混合物中に含まれる過酸化物には、ペルオキシド構造(−O−O−)や過カルボン酸構造(−C(=O)−O−O−)を有するものがある。過酸化物の酸素原子換算のモル数とは、対象となる過酸化物中に含まれる活性酸素原子のモル数を示す。
【0030】
本発明の製造方法で目的とするπ共役系重合体の数平均分子量は、特に限定されないが、加工性、結晶性、溶解性等の観点から5,000〜200,000g/モルが好適であり、10,000〜100,000g/モルの範囲であるのがより好適である。数平均分子量が高すぎると溶解性が低下し、薄膜等加工性が低下し、数平均分子量が低すぎると結晶性、膜の安定性等が低下する。
【0031】
また、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)で求められる分子量分布(PDI)は、1.0〜1.6の範囲であり、1.0〜1.4の範囲であるとより好ましい。
【0032】
π共役系重合体の原料である有機マグネシウム化合物の交換反応は、例えば、エル.ボイモンド(L.Boymond)、エム.ロットレンダー(M.Rottlander)、ジー.カヒーツ(G.Cahiez)、及びピー.クノーチェル(P.Knochel),アンゲヴァンテ ケミー インターナショナル エディション,コミュニケーションズ(Angewandte Chemie International Edition,Communications),1998年,第37巻,第12号,pp.1701-1703に記載の方法が挙げられる。
【0033】
交換反応は、0℃〜70℃の温度で、15分〜2時間行なわれる。この反応は通常常圧で行われるが、必要に応じて減圧下又は加圧下で行なうことができる。
【0034】
有機マグネシウム化合物(1)を得るためのグリニャールメタセシス反応に用いられるグリニャール試薬である有機マグネシウムハロゲン化合物(4)は、例えば、メチルマグネシウムクロリド、メチルマグネシウムブロミド、エチルマグネシウムクロリド、エチルマグネシウムブロミド、i−プロピルマグネシウムクロリド、i−プロピルマグネシウムブロミド、t−ブチルマグネシウムクロリド、t−ブチルマグネシウムブロミド等のアルキルマグネシウムハライドが挙げられる。
【0035】
有機マグネシウムハロゲン化合物(4)の使用量は、基質であるジハロゲン化芳香族化合物(3)に対して0.8〜2モル倍の範囲が好適である。その後の重合反応の選択性及び効率の観点から0.9〜1.5モル倍の範囲がより好適であり、0.95〜1.0モル倍の範囲であることが最も好適である。
【0036】
有機マグネシム化合物(1)を得るためのグリニャールメタセシス反応に用いられる溶媒は、反応に悪影響を及ぼさない限り特に限定されないが、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサン等の飽和脂肪族炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、o−エチルトルエン、m−エチルトルエン、p−エチルトルエン等の芳香族炭化水素系溶媒;ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ブチルメチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル系溶媒等が挙げられる。これらは1つを単独で使用してもよいし、2つ以上を併用してもよい。なかでもテトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンを用いるのが好適である。
【0037】
このようにして得られた有機マグネシウム化合物(1)は、化合物の安定性、反応操作の簡略化の観点から精製せずそのまま重合反応させることが好適である。
【実施例】
【0038】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。本発明のπ共役系重合体の製造方法を、実施例1〜5に示し、本発明を適用外のπ共役系重合体の製造方法を、比較例1〜5に示す。
【0039】
(実施例1)
π共役系重合体(A1)の反応工程を下記反応式(I)に示す。
【化3】

【0040】
充分に乾燥させ、充分にアルゴン置換したガラス製ナスフラスコに、以下に示す方法を用いて、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF22質量部と重合用の金属錯体触媒であるNiCl(dppp)([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)の0.03質量部とを加えた。別の乾燥した三口フラスコに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF22質量部と、2−ブロモ−5−ヨード3−ヘキシルチオフェン(a)の1.9質量部と、i−プロピルマグネシウムクロリドの2.0M
THF溶液の2.7質量部とを加えて、0℃で30分攪拌し、有機マグネシウム化合物(b)を合成した。その後、この反応液を、先のナスフラスコに加え、35℃で90分間かけて重合を行なった。90分重合した後、t−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M
THF溶液の2質量部を加え、1時間攪拌し、さらに5M塩酸の50質量部を加え、1時間攪拌し、重合を停止した。その後、クロロホルムの450質量部で抽出し、重曹水の100質量部、蒸留水の100質量部で洗浄し、濃縮乾固した。得られた黒紫色の固体を、クロロホルムの28質量部に溶かし、アセトンの300質量部に再沈殿後、充分に乾燥して、π共役系重合体(A1)を得た。
【0041】
得られたπ共役系重合体(A1)の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)をゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)による測定に基づき、ポリスチレン換算値で求めた。得られたπ共役系重合体(A1)の重量平均分子量は33,000、数平均分子量は24,900、分子量分布は1.33であった。また溶媒中の水分率と過酸化物価(POV)の測定を分析したところ、水分率は17ppm、POVは9ppmであった。これより換算したところ、金属原子1モルに対して、水のモル比は0.84であり、過酸化物の酸素原子換算モル比は、0.50である。
【0042】
数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)の測定は、東ソー(株)製のHLC−8020(品番)を用いた。なお、カラムは、東ソー(株)製のTSKgel Multipore HZの2本を直列に繋いだものを用いた。
【0043】
溶媒の脱水及び過酸化物除去処理は、和光純薬工業(株)製の脱水テトラヒドロフラン(安定剤不含)を、金属ナトリウム存在下蒸留精製を行なった後、和光純薬工業(株)製のモレキュラーシーブス5Aに一日以上接触させる方法を用いた。
【0044】
水分率は、電量滴定法による含水率測定で得られた値を用いた。測定装置として装置として、三菱ケミカル(株)製のCA−100を用い、陽極液はアクアミクロンAX、陰極液はアクアミクロンCXU(同社製)を用いた。
【0045】
POVは酸化還元滴定により求めた。測定方法として、i−プロピルアルコール/水=2/1の混合溶液30mlにTHF10mlと、飽和ヨウ化カリウム水溶液2mlと酢酸2mlを加えて、95℃で5分加熱した。冷却後、i−プロピルアルコール/水=2/1の混合溶液10mlを加え、0.01Nのチオ硫酸ナトリウム水溶液で滴定を行なった。
【0046】
なお、得られたπ共役系重合体の物性測定の結果を表1に示す。
【0047】
(実施例2)
π共役系重合体(A2)の反応工程を下記反応式(II)に示す。
【化4】

【0048】
充分に乾燥させ、充分にアルゴン置換したガラス製ナスフラスコに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF22質量部と重合触媒のNiCl(dppp)の0.03質量部を加えた。別の乾燥した三口フラスコに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF22質量部と、2,5−ジブロモ−3−(6−ブロモ)ヘキシルチオフェン(c)の2.0質量部と、t−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M
THF溶液の5.2質量部とを加えて、60℃で2時間攪拌し、有機マグネシウム化合物(d)を合成した。その後冷却し、反応液を、先のナスフラスコに加え、35℃で6時間かけて重合を行なった。重合した後、t−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M
THF溶液の2質量部を加え、1時間攪拌し、さらに5M塩酸の50質量部を加え、1時間攪拌し、重合を停止した。その後、実施例1と同様にして、π共役系重合体(A2)を得た。実施例1と同様に溶媒の分析及び得られたπ共役系重合体(A2)の物性測定を行った。
【0049】
得られたπ共役系重合体(A2)の重量平均分子量は20,700、数平均分子量は16,600、分子量分布は1.25であった。溶媒中の水分率は6ppm、POVは1.9ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は0.30であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は0.11であった。これらの物性測定の結果を表1に示す。
【0050】
(実施例3)
π共役系重合体(A3)の反応工程を下記反応式(III)に示す。
【化5】

【0051】
充分に乾燥させ、充分にアルゴン置換したガラス製ナスフラスコAに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF22質量部と重合触媒のNiCl(dppp)の0.03質量部とを加えた。別の乾燥したナスフラスコBに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF13質量部と、2−ブロモ−5−ヨードー3−ヘキシルチオフェン(a)の1.1質量部と、i−プロピルマグニシウムブロミドの2.0M溶液の1.6質量部とを加えて、0℃で30分攪拌し、有機マグネシウム化合物(b)を合成した。その後、反応液を、ナスフラスコAに加え、35℃で90分間かけて重合を行なった。90分重合した後、別の乾燥したガラス製ナスフラスコCで、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF9質量部と2−ブロモ−5−ヨード−3−(2−エチル)ヘキシルチオフェン(e)の0.8質量部と、i−プロピルマグニシウムクロリドの2.0M溶液の1.1質量部とを加えて、0℃30分反応させ有機マグネシウム化合物(f)を合成した反応溶液を加え、7時間反応した。反応後、t−ブチルマグネシウムクロリドの1.0M THF溶液の2質量部を加え、1時間攪拌し、さらに5M塩酸の50質量部を加え、1時間攪拌し、重合を停止した。その後、実施例1と同様にして、π共役系重合体(A3)を得た。π共役系重合体(A3)は、ブロック共重合体である。実施例1と同様に溶媒の分析及び得られたπ共役系重合体(A3)の物性測定を行った。
【0052】
得られたπ共役系重合体(A3)の重量平均分子量は22,900、数平均分子量は16,800、分子量分布は1.36であった。溶媒中の水分率は9ppm、POVは0.9ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は0.44であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は0.05であった。これらの物性測定の結果を表1に示す。
【0053】
(実施例4)
実施例3と同様にしてπ共役系重合体(A4)を得た。実施例1と同様に溶媒の分析及び得られたπ共役系重合体(A4)の物性測定を行った。得られたπ共役系重合体(A4)の重量平均分子量は23,900、数平均分子量は21,400、分子量分布は1.12であった。溶媒中の水分率は15ppm、POVは1ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は0.74であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は0.06であった。これらの物性測定の結果を表1に示す。
【0054】
(実施例5)
実施例3と同様にしてπ共役系重合体(A5)を得た。実施例1と同様に溶媒の分析及び得られたπ共役系重合体(A5)の物性測定を行った。得られたπ共役系重合体(A5)の重量平均分子量は26,700、数平均分子量は21,100、分子量分布は1.27であった。溶媒中の水分率は9ppm、POVは0.9ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は0.44であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は0.05であった。これらの物性測定の結果を表1に示す。
【0055】
(実施例6)
π共役系重合体(A6)の反応工程を下記反応式(IV)に示す。
【化6】

【0056】
充分に乾燥させ、充分にアルゴン置換したガラス製ナスフラスコに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF22質量部と重合用の金属錯体触媒であるNiCl(dppp)の0.026質量部とを加えた。別の乾燥したナスフラスコに、脱水及び過酸化物除去処理を行なったTHF22質量部と塩化リチウムの0.21質量部と1−ブロモ−2,5−ジヘキシルオキシ−4−ヨードベンゼン(g)の2.4質量とi−プロピルマグニシウムクロリドの2.0MTHF溶液の2.7質量部を加えて、0℃で1時間攪拌し、有機マグネシウム化合物(h)を合成した。その後、反応液を、先のナスフラスコに加え、35℃でかけて30分重合を行なった。30分重合した後、t−ブチルマグネシウムクロリドの1.0MTHF溶液の2質量部を加え、1時間攪拌し、さらに5Mの塩酸の50質量部を加え、1時間攪拌し、重合を停止した。その後、クロロホルムの450質量部で抽出し、重曹水の100質量部、蒸留水の100質量部で洗浄し、濃縮乾固した。得られた黒紫色の固体を、クロロホルムの28質量部に溶かし、メタノールの300質量部に再沈殿後、充分に乾燥して、π共役系重合体(A6)を得た。
【0057】
得られたπ共役系重合体(A6)の重量平均分子量は23,800、数平均分子量は21,800、分子量分布は1.09であった。また溶媒中の水分率は1.5ppm、POVは1.0ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は0.07であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は0.06であった。これらの物性測定の結果を表1に示す。
【0058】
【表1】

【0059】
表1中、P3HTはポリ(3−ヘキシルチオフェン)、P3BrHTはポリ(3−(6−ブロモヘキシル)チオフェン)、P3HT−b−P3EHTはポリ(3−ヘキシルチオフェン)−ブロック−ポリ(3−(2−エチルヘキシル)チオフェン)、P2,5DHOBはポリ(2,5−ジヘキシルオキシベンゼン)の略である。
【0060】
(比較例1)
実施例1と同様にしてπ共役系重合体を得ようとしたが、π共役系重合体を得ることが出来なかった。実施例1と同様に溶媒の分析を行った。溶媒中の水分率は80ppm、POVは13ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分量のモル比は3.95であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は0.72であった。これらの物性測定の結果を表2に示す。なお、比較例1および以下に示す比較例2〜5におけるTHFは、和光純薬工業(株)製の脱水THF(安定剤不含)を精製せずにそのまま用いた。
【0061】
(比較例2)
実施例1と同様にしてπ共役系重合体(B2)を得た。また、実施例1と同様に溶媒の分析及び得られたπ共役系重合体(B2)の物性測定を行った。得られたπ共役系重合体(B2)の重量平均分子量は36,800、数平均分子量は17,600、分子量分布は2.09であった。溶媒中の水分率は19ppm、POVは38ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は0.94であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は2.11であった。これらの物性測定の結果を表2に示す。
【0062】
(比較例3)
実施例4と同様にしてπ共役系重合体(B3)を得た。また、実施例1と同様に溶媒の分析及び得られたπ共役系重合体(B3)の物性測定を行った。得られたπ共役系重合体(B3)の重量平均分子量は60,900、数平均分子量は22,000、分子量分布は2.77であった。溶媒中の水分率は13ppm、POVは39ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は0.64であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は2.11であった。これらの物性測定の結果を表2に示す。
【0063】
(比較例4)
実施例4と同様にしてπ共役系重合体(B4)を得た。また、実施例1と同様に溶媒の分析及び得られたπ共役系重合体(B4)の物性測定を行った。得られたπ共役系重合体(B4)の重量平均分子量は43,400、数平均分子量は11,900、分子量分布は3.65であった。溶媒中の水分率は23ppm、POVは39ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は1.14であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は2.11であった。これらの物性測定の結果を表2に示す。
【0064】
(比較例5)
実施例4と同様にしてπ共役系重合体(B5)を得た。また、実施例1と同様に溶媒の分析及び得られたπ共役系重合体(B5)の物性測定を行った。得られたπ共役系重合体(B5)の重量平均分子量は39,600、数平均分子量は16,600、分子量分布は2.39であった。溶媒中の水分率は23ppm、POVは30ppmであった。これから換算したところ、金属原子1モルに対して、水分のモル比は1.14であり、過酸化物の酸素原子換算のモル比は1.67であった。これらの物性測定の結果を表2に示す。
【0065】
【表2】

【0066】
比較例のπ共役系重合体は、それぞれ分子量分布が2以上で広くばらつきのある重合体であるのに対して、本発明の製造方法によるπ共役系重合体は、分子量分布が1.4以下の非常に狭い重合体を安定的に製造できることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明の製造方法は、その用途に応じて位置規則性が高く、分子量及び分子量分布が制御されたπ共役系重合体を再現性よく安定的に製造するこができる。このπ共役系重合体は、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子や発光ダイオード等の電気−光変換素子、電界効果トランジスタ等の電気・電子素子、太陽電池等の光−電気変換素子、印刷回路配線板等への応用が期待できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属錯体触媒の存在下で、下記化学式(1)
−A−MgX ・・・(1)
(式中、Aは置換基を有してもよい2価の芳香環基であり、X及びXは、同一又は異なるハロゲン原子である)で示される少なくとも1種類の有機マグネシウム化合物を、カップリング又はクロスカップリングし、重合させるπ共役系重合体の製造方法であって、
その反応混合物中における水分量及び過酸化物の酸素原子換算のモル数を、前記金属錯体触媒の金属原子に対して最大でも1モル当量とすることを特徴とするπ共役系重合体の製造方法。
【請求項2】
前記金属錯体触媒がNi錯体であることを特徴とする請求項1に記載のπ共役系重合体の製造方法。
【請求項3】
前記Aが、下記化学式(2)
【化1】

(式中、R及びRは、同一又は異なり、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、又は置換基を有してもよいアリール基である)で示される2,5−チエニレン基であることを特徴とする請求項1に記載のπ共役系重合体の製造方法。

【公開番号】特開2012−126868(P2012−126868A)
【公開日】平成24年7月5日(2012.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−282086(P2010−282086)
【出願日】平成22年12月17日(2010.12.17)
【出願人】(000001085)株式会社クラレ (1,607)
【Fターム(参考)】