(57)【要約】【課題】モノマーの重合性及びポリマー化した後の耐電圧を量子力学的手法により計算によって求める。【解決手段】重合しようとするモノマーを決定し、そのモノマーの重合部におけるチャージを量子力学的手法により算出し、重合しようとするモノマーを変えて、同様にして重合部におけるチャージを算出し、算出されたチャージを比較することにより重合可能性を予測する。又は、重合しようとするモノマーを決定し、そのモノマーのＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのエネルギーレベルを量子力学的手法により算出し、両者の差より重合したポリマーの耐電圧を予測する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重合しようとするモノマーを決定し、そのモノマーの重合部におけるチャージを量子力学的手法により算出し、重合しようとするモノマーを変えて、同様にして重合部におけるチャージを算出し、算出されたチャージを比較することにより重合可能性を予測することを特徴とする、モノマーの重合性予測方法。
【請求項２】
重合しようとするモノマーを決定し、そのモノマーのＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのエネルギーレベルを量子力学的手法により算出し、両者の差より重合したポリマーの耐電圧を予測することを特徴とする、重合したポリマーの耐電圧予測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モノマーの重合性予測方法及び重合したポリマーの耐電圧予測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モノマーのポリマー化の可否、すなわち重合性を予測するにあたっては、モノマーを入手もしくは合成し、そのモノマーの重合反応を試行することによって判断されていた。また、導電性ポリマー等において、耐電圧の高いポリマーの開発に対するニーズが高いが、その耐電圧を確認するためには、新規モノマーの調製からはじまり、ポリマー化の可否判断、ポリマー化が可であれば重合したポリマーを実際に耐電圧試験を行う、といった多大な費用と労力を要していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、実際にモノマーを重合することなく量子力学的手法に基づいて計算によってモノマーの重合性を予測する方法、及び重合したポリマーの耐電圧を実際に測定することなく、重合しようとするモノマーから量子力学的手法に基づいて計算によって重合したポリマーの耐電圧を予測する方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明によれば、重合しようとするモノマーを決定し、そのモノマーの重合部におけるチャージを量子力学的手法により算出し、重合しようとするモノマーを変えて、同様にして重合部におけるチャージを算出し、算出されたチャージを比較することにより重合可能性を予測することを特徴とする、モノマーの重合性予測方法が提供される。
【０００５】
また２番目の発明によれば、重合しようとするモノマーを決定し、そのモノマーのＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのエネルギーレベルを量子力学的手法により算出し、両者の差より重合したポリマーの耐電圧を予測することを特徴とする、重合したポリマーの耐電圧予測方法が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の方法では、可能性があると考えられる数多くのモノマーについて、重合部におけるチャージを量子力学計算に基づく計算により求め、それにより、その数多くのモノマーについて、各々の算出されたチャージを比較する。
【０００７】
このモノマーのチャージが高いことは、重合する相手に電子を与える確率が高いことを意味し、モノマーの重合性が高いことを示すと考えられる。一方、このチャージが低いことは、モノマーが重合し難いことを示すと考えられる。従って、可能性があると考えられる数多くのモノマーから、計算によって重合部のチャージの高いものを選ぶことにより、実際に重合を行うことなく重合可能性の高いモノマーを予測することができる。
【０００８】
また、本発明の方法では、重合しようとするモノマーについて、ＨＯＭＯ（最高被占軌道）エネルギーレベル及びＬＵＭＯ（最低被占軌道）エネルギーレベルを量子力学計算に基づく計算により求め、各々のエネルギーレベルを比較する。これらの差によってモノマーの重合後のポリマーの耐電圧を予測することができる。
【０００９】
重合しようとするモノマーは特に制限されず、各種の物質を用いることができる。本発明の方法において、まず、特性を予測したい分子の計算モデルを作成する。３次元構造に関する実験データが存在すればそのデータの値を基にして各構成原子の位置座標を決定することが望ましい。そのようなデータがない場合には、元素種と結合のみを定義し、量子力学的手法により構造最適化計算を実施する。
【００１０】
この量子力学的手法による構造最適化計算並びに重合性及び耐電圧の予測計算については、分子軌道法を用い、波動方程式
ＨΨ＝ＥΨ
を解くことにより実施することができる。式中、Ｈは高分子鎖のハミルトニアンを示し、Ｅはエネルギーを示す。この式より、最も低いＥを与えるΨを求め、そのΨより重合性及び耐電圧の予測に必要な各原子のチャージ、及びＨＯＭＯエネルギー、ＬＵＭＯエネルギーを求めることができる。また、このときの構造が最適化された最も安定な構造となる。この計算においては、ソフトとして、例えばＧａｕｓｓｉａｎを用いることができる。
【００１１】
重合部におけるチャージの絶対値が大きいということは、重合反応に伴う電子授受が容易になり、重合性が高いと考えられる。従って、様々なモノマーについて各々算出された重合部のチャージを比較することによって、重合性を予測することができる。
【００１２】
また、ＨＯＭＯのエネルギーレベルが低いことは、そのモノマーは電子が奪われやすい、すなわち酸化電位が高いことを意味し、ＬＵＭＯのエネルギーレベルが高いことは、そのモノマーは電子を与えられにくい、すなわち還元電位が高いことを意味し、これらの差によって耐電圧を予測することができる。
【００１３】
【実施例】
重合しようとするモノマーとして、下式に示す１４種類のチオフェンモノマーを準備した。
【化１】
2004339397.tif 000002
【００１４】
これらのモノマーについて、ソフトとしてＧａｕｓｓｉａｎを用いて、それぞれ分子式をもとにして初期モデルを作成し、構造最適化計算を実施し、次いで重合部Ｃのチャージ、並びにＨＯＭＯエネルギーレベル及びＬＵＭＯエネルギーレベルを求めた。重合部Ｃのチャージの計算結果を図１に、ＨＯＭＯエネルギーレベル及びＬＵＭＯエネルギーレベルの計算結果を図２に示す。
【００１５】
一方、上記モノマーについて、実験により重合性を確認した。すなわち、まず各モノマーを電解液に溶解し、０．３Ｍの溶液を調製した。電解液としては体積比３／７のエチレンカーボネート／ジエチルカーボネートを用い、ＬｉＢＥＴＩ塩を０．７５Ｍとした。作用極をＰｔ箔、対極をＬｉ箔、参照極をＬｉ箔とし、上記電解液を用いて３極式セルを作製した。そして開放電位から上限５ＶまでＣＶ（サイクリックボルタンメトリ）を測定し、電解液の酸化開始電位（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）を測定し、モノマーの電解液溶液の酸化電位を測定した。そして、作用極をＰｔ箔、対極をＬｉ箔、参照極をＬｉ箔とし、上記電解液を用いて３極式セルを作製し、作用極と参照極の間に上記の酸化開始電位を印加し続け、定電位電解重合を実施した。ここで、作用極上にポリマーが析出するか否かを調べた。その結果、モノマー（１）〜（３）及び（９）〜（１４）についてはポリマーの析出が確認され、一方、図１において×で示すモノマー（４）〜（８）についてはポリマーの析出が確認されず、重合性が低いことがわかった。
【００１６】
以上の計算結果及び実際の実験結果より、モノマーの重合性は重合部のチャージと相関を有することが示された。そして今回の実験では、図１に示すように、上記のモノマー（１）〜（１４）について、計算による重合性を判断するしきい値は−０．１５７程度と判断した。すなわち、チオフェンモノマーについて量子力学的手法により計算を行い、重合部のチャージが−０．１５７より高ければ重合性を有するものと、高い確率で判断することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、計算によってモノマーの重合性及び重合したポリマーの耐電圧を予測することができるため、実際の重合の際にポリマー化が期待できるモノマー、あるいは重合した後に高い耐電圧が期待できるモノマーを絞り込むことができ、効率的なポリマー開発が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】モノマーの重合部のチャージの計算結果を示すグラフである。
【図２】モノマーの酸化電位及び還元電位の計算結果を示すグラフである。
【図１】
2004339397.tif 000003
【図２】
2004339397.tif 000004