JPH0610194B2 - ビオロゲン誘導体及びその製造方法 - Google Patents

ビオロゲン誘導体及びその製造方法

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JPH0610194B2
JPH0610194B2 JP60098705A JP9870585A JPH0610194B2 JP H0610194 B2 JPH0610194 B2 JP H0610194B2 JP 60098705 A JP60098705 A JP 60098705A JP 9870585 A JP9870585 A JP 9870585A JP H0610194 B2 JPH0610194 B2 JP H0610194B2
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    • C07D213/02Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
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    • C07D213/06Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom containing only hydrogen and carbon atoms in addition to the ring nitrogen atom
    • C07D213/22Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom containing only hydrogen and carbon atoms in addition to the ring nitrogen atom containing two or more pyridine rings directly linked together, e.g. bipyridyl

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規なビオロゲン誘導体及びその製造方法に関
する。詳しくはビオロゲン骨格に重合能を有するビニル
基が直結している新規ビオロゲン誘導体及びその製造方
法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕
ビオロゲン誘導体は可逆的な酸化・還元反応を様々な条
件下で容易に行うことができ、またその還元体は着色す
るために着目され、感光・感電表示材料、光電池材料、
酸化還元メディエーターや各種センサーへの利用が提案
され、様々な誘導体やオリゴマーがつくられている。
これらの中で低分子ビオロゲン誘導体は繰り返し寿命が
短く、また表示材料などに利用する際、応答速度が遅
く、メモリー寿命が短いなどの欠点を有していた。また
更に感光性材料などの用途には吸収波長の短いことなど
が指摘されていた。
これらの問題点を解決する方法として、ビオロゲン基を
有する各種オリゴマー乃至ポリマーが提案されている。
その中には、大別するとビオロゲン基を主鎖に有するも
のと側鎖(ペンダント)に有するものがある。前者は、
酸化還元の繰り返し性能が若干向上するものの電子移動
速度が著しく低下するばかりか、膜材料として使用する
場合などの際に充分な膜性能が得られないという問題点
を有する。後者は電子移動の速度は向上するものの酸化
還元の繰り返し性能が低下するという問題点を有する。
一方、二重結合を有するビオロゲンモノマーは、重合能
を有することから種々の修飾が可能なため着目されてい
るが、現在まで提案されたモノマーはペンダントのスペ
ーサーが長く、それ故に上記の問題点を克服することは
できなかった。
従って、本発明の目的は。上記の問題点を解決した新規
なビオロゲン誘導体を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を、次の一般式(I)で示される新
規ビオロゲン誘導体により達成したものである。
ここで、Rは水素原子又は炭素数1〜6の脂肪族基を示
し、かかる脂肪族基としては例えばアルキル基、アルケ
ニル基、これらに−O−,−S−,−CO−,−SO
−,−SO−,−COO−,−NH−等の2価の基の
一方の結合手が結合してなる脂肪族基、かかる脂肪族基
又はハロゲン、−OH,−COOH等で置換されたアル
キル基又はアルケニル基等があげられ、好ましくは−C
,−C,C,−C等のアルキル
基及び−S−CH,−O−C,−COOC
−OCOCH,−C−O−CH,−CH
COCH等の主鎖にヘテロ原子を含む脂肪族基であ
る。
R′は水素原子、脂肪族基又は芳香族基を示し、かかる
脂肪族乃至芳香族基としては例えばアルキル基、アルケ
ニル基、フェニル基、アルキル置換フェニル基、トリル
基、ナフチル基、アントリル基、ベンジル基、シクロア
ルキル基、シクロアルケニル基、これらに−O−,−S
−,−CO−,−SO−,−SO−,−COO−,−
NH−等の2価の基の一方の結合手が結合してなる基で
置換されるか、又はハロゲン、−OH,−COOH,−
SH,−NO等で置換された前記の各種の脂肪族乃至
芳香族基があげられ、好ましくは−CH,−C
,−C,−C等のアルキル基、−C
H=CH、−C(R)=CH等のアルケニル基、フ
ェニル基、ベンジル基、トリル基、例えば−CHCO
CH、−COC,−CSCH
−C−COOCH等のヘテロ原子を含有する脂
肪族乃至芳香族基、シクロヘキシル基等である。
▲X ▼,▲X ▼はジピリジニウムと安定な塩を
形成するものであればいかなる陰イオンであってもよ
い。安定な陰イオンにはハロゲンイオン(Cl ,B
,I )やCH ▲CO ▼、▲HSO
▼、CF ▲CO ▼、▲FSO ▼、CH
▲SO ▼、▲BF ▼、▲PF ▼、▲Cl
▼、▲AsF ▼、▲SbF ▼などの他、ポリ
マーに支持された陰イオンが含まれる。
前記一般式(I)で示される本発明の新規ビオロゲン誘
導体の具体例には下記の構造を有する化合物が含まれ
る。
前記一般式(I)で示される本発明の新規ビオロゲン誘
導体は、次の一般式(II)で示される化合物に塩基を作
用させ脱ハロゲン化水素を行うことによって製造するこ
とができる。
式中、R及びR′は前記一般式(I)で定義されたもの
と同一である。Yはハロゲン原子(Cl ,Br
)である。▲X ▼及び▲X ▲は同一又は異
なっていてもよく、陰イオンであり、前記一般式(I)
で定義された▲X ▼,▲X ▼の陰イオンを使用
することができる。
前記一般式(II)で示される化合物は、相当するハロゲ
ン化炭化水素誘導体とジピリジル誘導体の反応により
(例えば下記の式(III),(IV))高収率で得ること
ができる。
本発明の製造方法に使用される塩基は通常の脱ハロゲン
化水素反応を行うことのできる試薬が用いられる。特に
前記一般式(II)で示される化合物は脱ハロゲン化水素
反応に対して敏感であるため、塩基性の弱い塩基も使用
される。かかる塩基にはNaOH、KOH、LiOHなどの無機塩
基や、アミン、アミン−アニオン、アルコキシドなどの
通常の塩基を利用することができる。
脱ハロゲン化水素の反応は特に加熱を必要とせず、温和
な条件で進行する。塩基の種類によっては脱ハロゲン化
水素に伴い副反応としてビオロゲン構造を分解する反応
が見られることから反応は時間の許す限りできるだけ低
温、通常0〜−50℃で行われる。また、この脱ハロゲ
ン化水素反応の反応溶媒としては、アルコール、水など
の極性溶媒が用いられる。
本発明の新規ビオロゲン誘導体は二重結合を有すること
から重合用モノマーとして利用することができる。重合
は通常のラジカル開始剤を用いて単独重合、乃至は他の
共重合しうる単量体と共重合を行うことができる。ま
た、プラズマ重合、放射線重合などのモノマーとしても
有用である。
かかる共重合しうる単量体としては、例えばエチレン、
プロピレン、イソブチレン、ペンテン、ヘキセン−1,
4−メチルペンテン−1、ブテン−1等のモノオレフィ
ン類;例えばブタジエン、2−メチル−1、3−ブタジ
エン、1、4−ヘキサジエン、2、3−ジメチル−1、
3−ブタジエン等のジオレフィン類;例えば塩化ビニ
ル、フッ化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、トリ
クロロエチレン、テトラフルオロエチレン、クロロトリ
フルオロエチレン、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロ
プロピレン、クロロプレン、2、3−ジクロロ−1、3
−ブタジエン等のハロゲン化オレフィン類及びハロゲン
化ジオレフィン類;例えばビニルアルコール、アリルア
ルコール等の不飽和アルコール類;例えばメチルビニル
エーテル、イソブチルビニルエーテル、イソプロピルビ
ニルエーテル、その他のアルキルビニルエーテル、アル
キルアリルエーテル、アルキルメタクリルエーテル、ポ
リオキシアルキレングリコール(メタ)アリルエーテル
等の不飽和エーテル類;例えばアクロレイン、メタクロ
レイン、クロトンアルデヒド、メチルビニルケトン等の
不飽和アルデヒド類及び不飽和ケトン類;例えば酢酸ビ
ニル、プロピオン酸ビニル、バーチサック酸ビニル、ク
ロロ酢酸ビニル、ケイ皮酸ビニル等のビニルエステル
類;例えばジアリルオルソフタレート、ジアリルイソフ
タレート、ジアリル−2、6−ナフタレンジカルボキシ
レート等のアリルエステル類;例えばアクリロニトリ
ル、メタクリロニトリル等の不飽和ニトリル類;例えば
アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、
無水マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸類;
例えばアクリル酸アルキル、メタクリル酸アルキル、マ
レイン酸アルキル、イタコン酸アルキル等の不飽和カル
ボン酸エステル類;例えばアクリルアミド、N,N−ジ
メチルアクリルアミド、N−アルキロールアクリルアミ
ド、メタクリルアミド等の不飽和アミド類;例えばスチ
レン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、オキシ
スチレン、ビニルベンジルクロライド、p−ヒドロキシ
スチレン、N−ビニルカルバゾール、1−ビニル−2−
メチル−イミダゾール、2−ビニルイミダゾール、2−
ビニルイミダゾリン、N−ビニルカプロラクタム、アク
リロイルモルホリン、N−ビニルピロリドン、ビニルピ
リジン、シンナモイルメチルスチレン、アクリロイルモ
ルホリン、ジアルキルアミノメチル−p−ヒドロキシス
チレン、ビニルベンジル−トリアルキルアンモニウムク
ロライド、p−ビニルベンゼンスルホン酸塩等の炭素−
炭素二重結合をもつ環式化合物類;例えばビニルイソシ
アネート、ビニルウレタン、ビニルスルホン酸、メトキ
シメチルビニルスルフィド、ビニル−N、N−ジアルキ
ルジチオカルバメート、ジビニルスルホン等のその他の
単量体をあげることができる。
以下、実施例によって本発明の有効性を更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実
施例に制約されるものではない。
実施例1 1−プロピル−1′−ビニル−4,4′−ジピリジニウ
ム ジブロマイドの合成 (1)1−プロピル−1′−ブロモエチル−4,4′−ジ
ピリジニウム ジブロマイド 1,2−ジブロモエタン15.4ml(0.18モル)をジ
メチルホルムアミド25mlに溶解し、100℃に加温し
たのち、これに1−プロピル−4−(4−ピリジル)ピ
リジニウム ブロマイド5g(0.018モル)のジメ
チルホルムアミド溶液75mlを徐々に滴下し、さらに2
4時間100℃で攪拌した。析出したオレンジ色の結晶
を濾取し、熱エーテルで洗浄した。この結晶を99%エ
タノールで再結晶し、下記の分析結果を有する黄色結晶
性粉末の1−プロピル−1′−ブロモエチル−4,4′
−ジピリジニウム ジブロマイド6.9gを得た。
(分析結果)
・m.p. 223.5〜224.
5℃ ・I.R. ▲νKBr max▼ :3000、1638、1560、1508、1455、1380、134
5、1265、1235、1220、1195、1170、940、890、860、830、715、55
0、490cm-1 ・N.M.R.(D2O) 内部標準:2,2−ジメチル−2−シラペンタン−5−
スルホン酸ナトリウム δ;1.0(3H,t)、2.3(2H,q)、4.Q(2
H,t)、4.6(2H,t)、5.2(2H,t)、8.6
(4H,m)、9.2(4H,m) 元素分析 C1519Brとして (2)1−プロピル−1′−ビニル−4,4′−ジピリジ
ニウム ジブロマイド 上記(1)で得られた1−プロピル−1′−ブロモエチル
−4,4′−ジピリジニウム ジブロマイド4g(0.0
09モル)をメタノール−水(3:1)混合溶液40ml
に溶解し、−10℃に冷却したのち、−10℃〜−15
℃に保ちながら10規定水酸化ナトリウム水溶液0.86
ml(0.009モル)を徐々に滴下しさらに70分間攪拌
した。反応後48%臭化水素酸でpH4に調整したのち、
溶媒を減圧下に留去し黄色粉末を得た。この粉末を99
%エタノールで再結晶し、下記の分析結果を有する黄色
結晶性粉末の1−プロピル−1′−ビニル−4,4′−
ジピリジニウム ジブロマイド2.5gを得た。
(分析結果) ・m.p. 203〜204℃ ・I.R. ▲νKBr max▼ :2980、1640、1625、1550、1510、1450、142
0、1360、1265、1255、1230、1200、1175、1110、965、940、850、8
30、795、755、725、480cm-1 ・N.M.R.(CD3OD) 内部標準:テトラメチルシラン δ;1.1(2H,t)、2.2(2H,m)、4.8(2
H,t)、6.1(1H,m)、6.5(1H,dd)、7.
9(1H,q)、8.9(4H,m)、9.5(4H,m) ・U.V. (HO) λmax:270nm 実施例2 1,1′−ジビニル−4,4′−ジピリジニウム ジブ
ロマイドの合成 (1)1,1′−ジビロモエチル−4,4′−ジピリジニ
ウム ジブロマイド 1,2−ジブロモエタン41.3ml(0.48モル)をジメ
チルホルムアミド18mlに溶解し、100℃に加温した
のち、これに4,4′−ビピリジン2g(0.013モ
ル)のジメチルホルムアミド55mlを徐々に滴下し、さ
らに24時間攪拌した。析出した黄色沈澱を濾取して熱
エーテルで洗浄した。この沈澱を99%エタノールで再
結晶し、下記の分析結果を有する黄色結晶性粉末の1,
1′−ジブロモエチル−4,4′−ジピリジニウム ジ
ブロマイド1.6gを得た。
(分析結果) ・m.p. 245〜247℃ ・I.R. ▲νKBr max▼ :3000、1635、1555、1510、1450、1365、130
5、1255、1230、1195、1170、830、805、770、740、720、675、555、
490cm-1 ・N.M.R.(D2O) 内部標準:2,2,−ジメチル−2−シラペンタン−5
−スルホン酸ナトリウム δ;4.2(4H,t)、5.3(4H,t)、8.6(4
H,m)、9.2(4H,m) (2)1,1′−ジビニル−4,4′−ジピリジニウム
ジブロマイド 上記(1)で得られた1,1′−ジブロモエチル−4,
4′−ジピリジニウム ジブロマイド1.6g(0.00
2モル)をメタノール−水(3:1)混合溶液20mlら
溶解し、−10℃に冷却したのち。−10℃〜−15℃
に保ちながら10規定水酸化ナトリウム水溶液0.1ml
(0.001モル)を徐々に滴下しさらに70分間攪拌し
た。反応後48%臭化水素酸でpH4に調整したのち、溶
媒を減圧下に留去し黄色粉末を得た。この粉末を99%
エタノール100mlに加えて50℃に加温し、残存する
固体を濾取し、99%エタノールで再結晶し、下記の分
析結果を有する黄色結晶性粉末の1,1′−ジビニル−
4,4′−ジピリジニウム ジブロマイド0.7gを得
た。
(分析結果) ・m.p. 244〜246℃ ・I.R. ▲νKBr max▼ :2980、1640、1630、1550、1510、1450、142
0、1360、1265、1255、1230、1200、1175、1110、965、940、845、8
30、795、755、725、480cm-1 ・N.M.R.(D2O) 内部標準:2,2,−ジメチル−2−シラペンタン−5
−スルホン酸ナトリウム δ;6.1(4H,d)、6.4(2H,dd)、7.7(2
H,dd)、8.8(4H,m)、9.3(4H,m) ・U.V. λmax:290nm 実施例3 1−プロピル−1′−ビニル−4,4′−ジピリジニウ
ム ジバークロレイトの合成 実施例1で合成した1−プロピル−1′−ビニル−4,
4′−ジピリジニウム ジブロマイド2.0g(0.005
モル)をエタノール50mlに溶解し、60%の過塩素酸
5mlを滴下した。析出した黄土色沈澱物を濾取し、エタ
ノールで再結晶し、下記の分析結果を有する1−プロピ
ル−1′−ビニル−4,4′−ジピリジニウム ジバー
クロレイト1.2gを得た。
(分析結果) ・m.p. 228.5〜229.5℃ ・I.R. ▲νKBr max▼ :3020、1645、1630、1560、1510、1450、141
5、1360、1305、1260、1230、1200、1000〜1180、950、845、835、
810、750、725、580、530、520、480cm-1 実施例4 1−プロピル−1′−ビニル−4,4′−ジピリジニウ
ム ジフルオロボレートの合成 実施例1で合成した1−プロピル−1′−ビニル−4,
4′−ジピリジニウム ジブロマイド2.5g(0.006
モル)をメタノール100mlに溶解し、ホウフッ化銀2.
5g(0.013モル)のメタノール溶液100mlを滴下
し、生成する臭化銀の白色沈澱を濾別する。濾液を一部
濃縮し、冷却することにより、黄土色結晶性粉末を得
た。この粉末を99%エタノールで再結晶し、下記の分
析結果を有する1−プロピル−1′−ビニル−4,4′
−ジピリジニウム ジフルオロボレート1.2gを得た。
(分析結果) ・m.p. 228.5〜229.5℃ ・I.R. ▲νKBr max▼ :3010、1645、1635、1560、1510、1450、141
5、1360、1305、1260、1230、1200、1020〜1170、950、845、835、
810、750、725、580、530、520、480cm-1 参考例1 1−プロピル−1′−ビニル−4,4′−ジピリジニウ
ム塩とアクロニトリルの共重合体の合成 実施例3で得た1−プロピル−1′−ビニル−4,4′
−ジピリジニウム ジバークロレイト又は実施例4で得
た1−プロピル−1′−ビニル−4,4′−ジピリジニ
ウム フルオロボレート(0.2〜1.2ミリモル)とアク
ロニトリル(2.4〜3.8ミリモル)をパイレックス製重
合管に計り込み、これにr−ブチロラクトン1mlを加え
溶解させた。これにアゾビスイソブチロニトリル(1モ
ル%)を加え、さらに窒素ガスで置換したのち、脱気封
管し、80℃で16時間加熱した。反応液をメタノール
に滴下して沈澱する析出物を濾取し、減圧乾燥し、ジメ
チルホルケアミドに溶解し、これをメタノールに滴下す
ると。黄土色粉末の1−プロピル−1′−ビニル−4,
4′−ジピリジニウム ジパークロレイトとアクリロニ
トリルの共重合体及び1−プロピル−1′−ビニル−
4,4′−ジピリジニウム フルオロボレートとアクリ
ロニトリルの共重合体それぞれを得た。これらの分析結
果を次に示す。
・I.R.(パークロレイト塩との共重合体) ▲νKBr max▼ :3650〜3350、2930、2250、1640、1450、134
0〜1390、1150、1120、1080、825、620、520cm-1 ・I.R.(フルオロボレート塩との共重合体) νKBr max :3700〜3500、3000、2250、1640、1455、1380、135
0、1270、1180、1040〜1100、850、825cm-1 ・N.M.R.((CD3)2SO) 内部標準:テトラメチルシラン δ;1.0(t)、2.1、3.2、4.3、4.7、8.6、9.6 共重合体の元素分析及びN.M.R.の結果から、これらの共
重合体のビオロゲン基とアクリロニトリル基のモル比を
算出し、,結果を収率と共に下記表1に示した。
実施例1及び2で合成したビオロゲン誘導体、1−プロ
ピル−1′−ビニル−4,4′−ジピリジニウム ジブ
ロマイド及び1,1′−ジビニル−4,4′−ジピリジ
ニウム ジブロマイドを0.1M−トリス緩衝液(pH8.
0)〜0.2M塩化カリウム溶液に溶解させ、ビオロゲン
誘導体の1ミリM溶液を調整する。飽和カロメル電極を
参照電極とし、白金を作用極及び対極としてビオロゲン
誘導体のサイクリックボルタモグラムを測定した。いず
れの場合もビオロゲンの1電子還元体及び2電子還元体
との酸化還元に基づく2段の酸化還元波を示し、下記表
2に示す酸化還元電位が得られた。
参考例3 ビオロゲン共重合体膜被覆電極の作用とそのサイクリッ
クボルタモメトリー 参考例1で合成した1−プロピル−1′−ビニル−4,
4′−ジピリジニウム ジバークロレイトとアクリロニ
トリル(仕込みモル比1:19)の共重合体10mgをジ
メチルホルムアミド0.5mlに溶解させ、周囲をテフロン
で絶縁した金電極(半径0.4cm)上にキャスティング
し、60℃に加熱して溶媒を除去することによりビオロ
ゲン共重合体膜被覆金電極を調整した。この電極を作用
極、白金を対極として、pH8−0.2M塩化カリウム溶液
中におけるサイクリックボルタモグラムを測定した結
果、2段の酸化還元波(第1図図示)が得られた(スキ
ャン速度:2×10mV/秒)。第1図において、実
線は使用1回目の酸化還元波を示し、点線は使用10回
目の酸化還元波を示す。
比較例 1−メチル−1′−p−ビニルベンジル−4,4′−ジ
ピリジニウム塩−アクロリニトリル共重合体膜被覆金電
極のサイクリックボルタモメトリー 参考例3と同様にして1−メチル−1′−p−ビニルベ
ンジル−4,4′−ジピリジニウム塩−アクリロニトリ
ル共重合体の高分子膜被覆電極を調整し、そのサイクリ
ックボルタモグラムを測定した結果を第2図に示した
(スキャン速度:2×10mV/秒)。第2図におい
て、実線は使用1回目の酸化還元波を示し、点線は使用
3回目の酸化還元波を示す。
〔発明の効果〕
本発明の新規ビオロゲン誘導体は感光・感電表示材料、
光電池材料、酸化還元反応のメディエーター、各種セン
サーなどに使用することができる。一般式(I)で示さ
れる化合物はとりわけ従来のビオロゲン誘導体には見ら
れなかった高波長光吸収性及び還元反応に対する敏感性
を示す。またさらに本発明の新規ビオロゲン誘導体の共
重合体には著しい安定性の向上が見られ、酸化還元反応
の繰り返し使用に対し従来のオリゴマー及びポリマーで
は達し得なかった耐性を示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は参考例3で調整した本発明のビオロゲン共重合
体膜被覆金電極を使用して得られた酸化還元波を示すグ
ラフ、及び第2図は比較例で調整した高分子膜被覆電極
を使用して得られた酸化還元波を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6の脂肪族基、
    R′は水素原子、脂肪族基又は芳香族基、▲X ▼及
    び▲X ▼は同一または異なっていてもよく陰イオン
    である。)で示されるビニルビオロゲン誘導体。
  2. 【請求項2】一般式 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6の脂肪族基、
    R′は水素原子、脂肪族基又は芳香族基、▲X ▼及
    び▲X ▼は同一又は異なっていてもよく陰イオンで
    あり、Yはハロゲン原子である。)で示される化合物を
    塩基で脱ハロゲン化水素処理を行うことを特徴とする一
    般式 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜6の脂肪族基、
    R′は水素原子、脂肪族基又は芳香族基、▲X ▼及
    び▲X ▼は同一又は異なっていてもよく陰イオンで
    ある。)で示されるビニルビオロゲン誘導体の製造方
    法。
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