(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されるスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を構成単位として分子内に有することを特徴とする高分子有機化合物。
【化１】
0005365045.tif 000011
（式中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【請求項２】
前記含窒素複素環がピリジン環もしくはピリジン環を含む複素環であることを特徴とする請求項１記載の高分子有機化合物。
【請求項３】
下記一般式（２）で表される繰り返し単位のみから成る、下記一般式（３）で表されるような重合体、もしくは下記一般式（２）で表される構成単位と、他の含窒素複素環Ａｒを含む構成単位から選択される少なくとも一種から成る下記一般式（４）で表されるような共重合体であることを特徴とする請求項２記載の高分子有機化合物。
【化２】
0005365045.tif 000012
（式中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す。）
【化３】
0005365045.tif 000013
（式中カッコで囲まれた部分は高分子有機化合物を構成する単位を示し、ｎは一般式（２）で表される構成単位の数を表す整数であり、Ｘは水素または第１族元素または第２族元素を表す。）
【化４】
0005365045.tif 000014
（式中カッコで囲まれた部分は高分子有機化合物を構成する単位を示し、ｎは一般式（２）で表される構成単位の数を表す整数であり、ｍは他の含窒素複素環Ａｒを含む構成単位の数を表す整数であり、Ｘは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【請求項４】
前記一般式（２）で表される繰り返し単位が一般式（５）で表される繰り返し単位であることを特徴とする請求項３に記載の高分子有機化合物。
【化５】
0005365045.tif 000015
（式中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【請求項５】
前記他の含窒素複素環Ａｒがピリジン環であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の高分子有機化合物。
【請求項６】
スルホン酸密度が、０．１〜５ミリ当量／ｇであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高分子有機化合物。
【請求項７】
下記一般式（１）で表されるスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基と、複数のハロゲン原子を有する含窒素複素環から成ることを特徴とする有機化合物。
【化６】
0005365045.tif 000016
（式中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【請求項８】
前記含窒素複素環がピリジン環であることを特徴とする請求項７記載の有機化合物。
【請求項９】
請求項７あるいは請求項８記載の有機化合物を出発原料として得られる高分子有機化合物であることを特徴とする高分子有機化合物。
【請求項１０】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とするイオン交換体。
【請求項１１】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする電解質膜。
【請求項１２】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする触媒。
【請求項１３】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする膜電極接合体。
【請求項１４】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を構成単位として分子内に有する高分子有機化合物、およびスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環から成る有機化合物、それらを用いた医薬品、消毒剤あるいは抗菌剤、イオン交換体、電解質膜、触媒、膜電極接合体、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
含窒素複素環、特にピリジン環を有する有機化合物は、天然物として多く存在し、また医薬、農薬に重要な化合物が数多く存在する。例えば、含窒素複素環を持つβ−ピコリン酸は抗皮膚病ビタミンである。また、ビタミンＢ６も含窒素複素環を持つ有機化合物である。ピリダリル（登録商標）もピリジン環を有する農薬である。
【０００３】
ピリジンを始めとする含窒素複素環は電子欠乏性の芳香環であり、種々の求電子置換反応に対して不活性で、そのため化学的安定性が非常に高いことで知られる。例えば、ピリジンは様々な化学反応における溶媒として用いられるほどである。東京工業大学の辻らはベンゼン環に二つの水酸基を持つカテコールを、ピリジン溶媒下、銅触媒により開環反応を行っている。
これはすなわち、ピリジンが反応過程で発生するラジカルとも反応せず、ベンゼン環に比べ格段に高いラジカル耐性を誇ることを意味している（非特許文献１）。
【０００４】
また、ピリジンを始めとする含窒素複素環を有する化合物は、様々な有機金属に配位した化合物を作り、この化合物は高性能な触媒として広く用いられている。これら有機金属試薬を用いた反応においては反応中間体として反応性の高いラジカル種を発生することが多く、触媒には高い安定性が求められる。
例えば、Ｂａｒｔｏｎらはシクロヘキサンや硫化水素の酸化反応において、ピコリン酸やピコリン酸−Ｎ−オキシドが鉄と配位した触媒により、高収率で目的物が得られるとしている（非特許文献２）。
また、Ｂｉａｎｃｈｉらもトルエンの過酸化水素による酸化反応において、ピリジン−２−カルボン酸やピラジンカルボン酸が鉄と配位した触媒を用い、目的物のフェノールを高収率で得ている（非特許文献３）。
これらから示されるように、含窒素複素環とりわけピリジン環を有する有機化合物はその安定性ゆえに、安定した触媒化合物を作ることができ、触媒としても有用である。
【０００５】
また、主鎖が含窒素複素環から成る高分子、とりわけピリジン環のみから成る高分子すなわちポリピリジンは、他の芳香族系高分子と比べて非常に高い化学的安定性を示し、また耐熱性も高い。そのため、様々な用途での利用が期待される物質である。
【０００６】
ピリジン誘導体およびポリピリジンを機能性材料として実用化するには、その用途に応じた機能を発現するための官能基を導入する、すなわちこれらを化学修飾することが必要となる。しかし、先に述べたように、ピリジンおよびポリピリジンはほとんどの求電子置換反応に対して極めて活性が低いため、化学修飾は容易ではない。
【０００７】
求電子置換反応の例としては、ニトロ化、スルホン化、ハロゲン化およびＦｒｉｅｄｅｌ−Ｃｒａｆｔｓ反応などが挙げられるが、ピリジンの場合これらの反応は非常に激しい条件でのみ（Ｆｒｉｅｄｅｌ−Ｃｒａｆｔｓ反応は反応が進行しない）行われることが知られている（非特許文献４）。
【０００８】
ポリピリジンを始めとする、含窒素複素環から成る高分子に関しても同様で、構成要素であるピリジン等の含窒素複素環が化学的に安定であり、スルホン化を始めとする多くの求電子置換反応に対し不活性であるのと同様、これらの高分子を直接化学修飾することは非常に困難である。
加えて、低分子とは違い、これらの高分子が汎用の有機溶媒に不溶なものが多いことも反応が進みづらいことも化学修飾を困難にしている一因である。そのため、ポリピリジンのスルホン化を例に取ると、我々がその方法を開発するまでは、調査した限り報告例は一例も存在しなかった( 特許文献１) 。
【０００９】
スルホン酸基のような官能基を有するポリピリジンを合成するには、ポリピリジンを直接反応させる以外にも、目的の官能基を有するピリジン誘導体を合成し、これをモノマーとして重合させる方法がある。
しかしモノマー合成もピリジンの化学的安定性の高さから容易ではない。そのため、ＣＡＳを用い化合物調査したところ、スルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩化ピリジロキシ基を有し、かつ重合反応の際に脱離基として働くハロゲン原子を含むようなベンゼン環誘導体やピリジン環誘導体の報告例は、我々が調査した限り、存在しなかった。
少ないステップ数で、かつ環境的負荷の小さい方法で、目的の高分子を得るためのピリジン誘導体を得る技術は非常に大きなメリットを持つ。また、このような化合物が得られれば、高分子のみならず、様々な機能性分子を合成するための出発物質あるいは中間体としての利用価値も高い。
【００１０】
ところで、近年、環境問題がクローズアップされ、高効率な触媒開発および、燃料電池の開発が注目されている。前者は、反応時、使用するエネルギーを抑えることで環境負荷を低減させ、後者は、高いエネルギー効率を生み出す電池として期待されている。
ここで燃料電池とは、水素やメタノールなどの燃料を酸素または空気を用いて電気化学的に酸化することにより、燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出すものである。
【００１１】
このような燃料電池は、用いる電解質の種類によって、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、アルカリ型などに分類される。
このうち、陽イオン交換膜を電解質として用いる固体高分子型燃料電池は、用いる電解質膜を薄くすることにより燃料電池内の内部抵抗を低減できるため高電流で操作でき、小型化が可能である。このような利点から固体高分子型燃料電池の研究が盛んである。
【００１２】
ここで、固体高分子電解質膜のラジカルによる劣化について説明する。
図１および図２に示したように、従来の固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）の単セル１１は、固体高分子電解質膜１（パーフルオロカーボンスルホン酸膜）をそれぞれカーボンブラック粒子に触媒物質［主として白金（Ｐｔ）あるいは白金族金属（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ）］を担持した空気極側触媒層２と燃料極側触媒層３とで挟持したセルの空気極側触媒層２と燃料極側触媒層３とをそれぞれ空気極側ガス拡散層４と燃料極側ガス拡散層５で挟持して空気極６および燃料極７を構成した膜電極接合体１２を備えている。
そして、空気極側ガス拡散層４と燃料極側ガス拡散層５に面して反応ガス流通用のガス流路８を備え、相対する主面に冷却水流通用の冷却水流路９を備えた導電性でかつガス不透過性の材料よりなる一組のセパレータ１０により挟持して単セル１１が構成される。
そして、空気などの酸化剤を空気極６に供給し、水素を含む燃料ガスもしくは有機物燃料を燃料極７に供給して発電するようになっている。
【００１３】
すなわち、燃料極７、空気極６のそれぞれに反応ガスが供給されると、下記の電気化学反応が生じ直流電力を発生する。
燃料極側：２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ-
空気極側：Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ
燃料極側では水素分子（Ｈ2 ）の酸化反応が起こり、空気極側では酸素分子（Ｏ2 ）の還元反応が起こることで、燃料極７側で生成されたＨ+ イオンは固体高分子電解質膜１中を空気極６側に向かって移動し、ｅ- （電子）は外部の負荷を通って空気極６側に移動する。
一方、空気極６側では酸化剤ガスに含まれる酸素と、燃料極７側から移動してきたＨ+ イオンおよびｅ- とが反応して水が生成される。かくして、固体高分子形燃料電池は、水素と酸素から直流電流を発生し、水を生成することになる。
【００１４】
しかし、前記空気極側の還元反応（酸素分子（Ｏ2 ）の４電子還元）は難しく、空気極側において副反応として下記の電気化学反応（酸素分子（Ｏ2 ）の２電子還元）が生じて多くのＨ2 Ｏ2 が発生する。そして不純物としてＦｅ（II）などが存在するとその触媒作用でＨ2 Ｏ2 が分解され、ＯＨ・（ＯＨラジカル）とＯＨ- が生成する。
【００１５】
空気極側：Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ2
Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｆｅ（II）→ＯＨ・＋ＯＨ- ＋Ｆｅ（III ）
生成したＯＨ・（ＯＨラジカル）は酸化力が大きく、固体高分子電解質膜１を酸化し分解し劣化する。
【００１６】
そのため、固体高分子型燃料電池に用いる電解質膜には、高い化学的安定性、特に高いラジカル耐性が要求される。高いラジカル耐性を有するプロトン伝導性高分子電解質膜材料としては、商品名Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、デュポン社製）などのスルホン酸基含有フッ素樹脂が知られているが、近年これらの樹脂に対する問題点も指摘されている。
まず合成経路が複雑であるため、原料・製造プロセスのコストが高い点である。また、スルホン酸基含有フッ素樹脂は、ガラス転移温度が低く、耐熱性が低いため、動作温度が８０℃以下と低くなってしまうという問題点も抱えている。さらに、フッ素というハロゲン系の樹脂であるため、環境負荷が大きいという欠点がある。
【００１７】
前記のような課題を克服するため、フッ素を含まないスルホン酸基を有する炭化水素系樹脂を原料とする、高温安定性の高い、プロトン伝導性高分子電解質膜が開発されてきているが、耐ラジカル性に劣っており、化学的安定性がスルホン酸基含有フッ素樹脂には及ばず、そのため、スルホン酸基のようなプロトン伝道性の官能基を備え、かつ耐ラジカル性・耐熱性に優れた炭化水素系材料の開発が急務となっている。
【非特許文献１】Ｊ．Ｔｓｕｊｉ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，９６，７３４９（１９７４）
【非特許文献２】Ｄ．Ｈ．Ｒ．Ｂａｒｔｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，５５７（１９９７）
【非特許文献３】Ｄ．Ｂｉａｎｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ. Ｍｏｌ．Ｃａｔａｌ．Ａ：Ｃｈｅｍ．，２０４−２０５，４１９（２００３）
【非特許文献４】モリソン・ボイド  有機化学  下巻
【特許文献１】特願２００７−３０１８４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の第１の目的は、耐ラジカル性・耐熱性に優れ、高いイオン交換容量を有し、高いプロトン伝導度を有し、酸触媒としての活性が高いので、医薬品、消毒剤あるいは抗菌剤、イオン交換体、電解質膜、触媒、膜電極接合体、燃料電池として有効に使用できる、スルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を構成単位として分子内に有する高分子有機化合物およびスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環から成る有機化合物を提供することであり、
本発明の第２の目的は、前記高分子有機化合物および前記有機化合物を用いた医薬品、消毒剤あるいは抗菌剤、イオン交換体、電解質膜、触媒、膜電極接合体、燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、ハロゲンを有する芳香環と、ヒドロキシピリジンスルホン酸とを反応させることで、低温度で、かつ環境に負荷を与えずにスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を合成できることに着目した。また、得られたスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環から成る有機化合物もしくはこれを出発原料として得られる高分子有機化合物は、強酸基を有し、耐ラジカル性が高く、プロトン伝導性に優れ、高いイオン交換容量を有し、優れた耐熱性を有し、酸触媒としての活性が高いので、医薬品、消毒剤あるいは抗菌剤、触媒、イオン交換体、電解質膜、膜電極接合体、燃料電池として使用できることも見出し、本発明を完成させるに至った。
【００２０】
本発明の請求項１記載の発明は、下記一般式（１）で表されるスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を構成単位として分子内に有することを特徴とする高分子有機化合物である。
【００２１】
【化７】
0005365045.tif 000002
【００２２】
（式中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【００２３】
（削除）
【００２４】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の高分子有機化合物において、前記含窒素複素環がピリジン環もしくはピリジン環を含む複素環であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項２記載の高分子有機化合物において、下記一般式（２）で表される繰り返し単位のみから成る、下記一般式（３）で表されるような重合体、もしくは下記一般式（２）で表される構成単位と、他の含窒素複素環Ａｒを含む構成単位から選択される少なくとも一種から成る下記一般式（４）で表されるような共重合体であることを特徴とする。
【００２６】
【化８】
0005365045.tif 000003
【００２７】
（式中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す。）
【００２８】
【化９】
0005365045.tif 000004
【００２９】
（式中カッコで囲まれた部分は高分子有機化合物を構成する単位を示し、ｎは一般式（２）で表される構成単位の数を表す整数であり、Ｘは水素または第１族元素または第２族元素を表す。）
【００３０】
【化１０】
0005365045.tif 000005
【００３１】
（式中カッコで囲まれた部分は高分子有機化合物を構成する単位を示し、ｎは一般式（２）で表される構成単位の数を表す整数であり、ｍは他の含窒素複素環Ａｒを含む構成単位の数を表す整数であり、Ｘは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【００３２】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項３記載の高分子有機化合物において、前記一般式（２）で表される繰り返し単位が一般式（５）で表される繰り返し単位であることを特徴とする。
【００３３】
【化１１】
0005365045.tif 000006
【００３４】
（式中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【００３５】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項３または請求項４記載の高分子有機化合物において、前記他の含窒素複素環Ａｒがピリジン環であることを特徴とする。
【００３６】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高分子有機化合物において、スルホン酸密度が、０．１〜５ミリ当量／ｇであることを特徴とする。
【００３７】
本発明の請求項７記載の発明は、下記一般式（１）で表されるスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基と、複数のハロゲン原子を有する含窒素複素環から成ることを特徴とする有機化合物である。
【００３８】
【化１２】
0005365045.tif 000007
【００３９】
（式中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【００４０】
（削除）
【００４１】
本発明の請求項８記載の発明は、請求項７記載の有機化合物において、前記含窒素複素環がピリジン環であることを特徴とする。
【００４２】
本発明の請求項９記載の発明は、請求項７あるいは請求項８記載の有機化合物を出発原料として得られる高分子有機化合物であることを特徴とする高分子有機化合物である。
【００４３】
（削除）
【００４４】
（削除）
【００４５】
本発明の請求項１０記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とするイオン交換体である。
【００４６】
本発明の請求項１１記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする電解質膜である。
【００４７】
本発明の請求項１２記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする触媒である。
【００４８】
本発明の請求項１３記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする膜電極接合体である。
【００４９】
本発明の請求項１４記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする燃料電池である。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の請求項１記載の発明は前記一般式（１）で表されるスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を構成単位として分子内に有することを特徴とする高分子有機化合物であり、合成が容易であり、高い耐ラジカル性を有し、かつ優れたプロトン伝導性、高いイオン交換容量を有し、酸触媒としての活性が高いので、触媒、イオン交換体、電解質膜、膜電極接合体、燃料電池として有効に使用できるという顕著な効果を奏する。
前記含窒素複素環であると、特に高い耐ラジカル性を有し、特に触媒、イオン交換体、電解質膜、膜電極接合体、燃料電池として有効に使用できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００５１】
（削除）
【００５２】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の高分子有機化合物において、前記含窒素複素環がピリジン環もしくはピリジン環を含む複素環であることを特徴とするものであり、耐ラジカル性に富んだ構成単位を分子内に有し、かつ強酸基であるスルホン酸基も同時に有するので優れたプロトン伝導性、高いイオン交換容量を示し、高分子であるため製膜性も良く、加えて酸触媒としての活性が高いので、触媒、イオン交換体、電解質膜、膜電極接合体、燃料電池として有効に使用できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００５３】
本発明の請求項３記載の発明は、請求項２記載の高分子有機化合物において、前記一般式（２）で表される繰り返し単位のみから成る、前記一般式（３）で表されるような重合体、もしくは前記一般式（２）で表される構成単位と、他の含窒素複素環Ａｒを含む構成単位から選択される少なくとも一種から成る前記一般式（４）で表されるような共重合体であることを特徴とするものであり、優れた耐ラジカル性・耐熱性を示し、加えて高いイオン交換容量とプロトン伝導性を誇り、高分子であるため製膜姓も良く、加えて酸触媒としての活性が高いので、触媒、イオン交換体、電解質膜、膜電極接合体、燃料電池として有効に使用できるというさらなる顕著な効果を奏する。
【００５４】
本発明の請求項４記載の発明は、請求項３記載の高分子有機化合物において、前記一般式（２）で表される繰り返し単位が前記一般式（５）で表される繰り返し単位であることを特徴とするものであり、目的とする化合物の合成は、市販されている試薬で簡便に合成でき、また得られた有機化合物のラジカル耐性も高いというさらなる顕著な効果を奏する。
【００５５】
本発明の請求項５記載の発明は、請求項３または請求項４記載の高分子有機化合物において、前記他の含窒素複素環Ａｒがピリジン環であることを特徴とするものであり、化学的安定性に富み、高い耐ラジカル性を示すというさらなる顕著な効果を奏する。
【００５６】
本発明の請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高分子有機化合物において、スルホン酸密度が、０．１〜５ミリ当量／ｇであることを特徴とするものであり、燃料電池用に適し、優れた高いプロトン伝導性を確実に有するというさらなる顕著な効果を奏する。
【００５７】
本発明の請求項７記載の発明は、前記一般式（１）で表されるスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基と、複数のハロゲン原子を有する含窒素複素環から成ることを特徴とする有機化合物であり、脱離基であるハロゲンを含むため、様々な構造の化合物の合成における出発物質や中間体、高分子合成用のモノマーとして広く利用でき、かつ高いプロトン伝導性を有するとともにイオン交換容量が大きく、酸触媒としての機能も併せ持つという顕著な効果を奏する。
【００５８】
（削除）
【００５９】
本発明の請求項８記載の発明は、請求項７記載の有機化合物において、前記含窒素複素環がピリジン環であることを特徴とするものであり、脱離基であるハロゲンを含むため、様々な構造の化合物の合成における出発物質や中間体、高分子合成用のモノマーとして広く利用でき、高いプロトン伝導性を有するとともにイオン交換容量が大きい上、安定性の高いピリジン環を有するというさらなる顕著な効果を奏する。
【００６０】
本発明の請求項９記載の発明は、請求項７あるいは請求項８記載の有機化合物を出発原料として得られる高分子有機化合物であることを特徴とする高分子有機化合物であり、耐ラジカル性に富んだ構成単位を分子内に有し、かつ強酸基であるスルホン酸基も同時に有するので優れたプロトン伝導性、高いイオン交換容量を示し、加えて酸触媒として、あるいは薬理効果や消毒剤あるいは抗菌効果も併せ持ち、さらにはスルホン酸基から別の官能基に変換することで異なる性能を持たせることも可能であるという顕著な効果を奏する。
【００６１】
（削除）
【００６２】
（削除）
【００６３】
本発明の請求項１０記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とするイオン交換体であり、高いプロトン伝導性を有するとともにイオン交換容量が大きい上、化学的安定性が高いという顕著な効果を奏する。
【００６４】
本発明の請求項１１記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする電解質膜であり、高い耐ラジカル性と耐熱性を示し、同時に優れたプロトン伝導性を有するという顕著な効果を奏する。
【００６５】
本発明の請求項１２記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする触媒であり、強酸基であるスルホン酸基を有するため酸触媒としての活性が高く、加えて化学的かつ熱的に安定であるという顕著な効果を奏する。
【００６６】
本発明の請求項１３記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする膜電極接合体であり、スルホン酸基含有フッ素樹脂やそれを用いた膜電極接合体は環境負荷が高く、次世代クリーンエネルギーとして使用される燃料電池の環境負荷が大きいことが問題であるのに対して、環境負荷の低減を達成できる本発明の膜電極接合体はその効果が大きく、燃料電池用に適する高いプロトン伝導性を有するとともに耐ラジカル性および耐熱性に優れているという顕著な効果を奏する。
【００６７】
本発明の請求項１４記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の高分子有機化合物あるいは請求項９記載の高分子有機化合物を用いて構成されることを特徴とする燃料電池であり、スルホン酸基含有フッ素樹脂やそれを用いた膜電極接合体は環境負荷が高く、次世代クリーンエネルギーとして使用される燃料電池の環境負荷が大きいことが問題であるのに対して、環境負荷の低減を達成できる本発明の燃料電池はその効果が大きく、さらに高いプロトン伝導性を有するとともに耐ラジカル性・耐熱性が高いので、発電効率が高く、かつ信頼性が高いという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の第１の目的は、耐ラジカル性・耐熱性に優れ、高いイオン交換容量を有し、高いプロトン伝導度を有し、酸触媒としての活性が高いので、医薬品、消毒剤あるいは抗菌剤、イオン交換体、電解質膜、触媒、膜電極接合体、燃料電池として有効に使用できる、スルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を構成単位として分子内に有する高分子有機化合物およびスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環から成る有機化合物を提供することである。
【００６９】
本発明の第２の目的は、前記高分子有機化合物を用いたイオン交換体、電解質膜、触媒、膜電極接合体、燃料電池を提供することである。
【００７０】
本発明における高分子有機化合物は、前記一般式（１）で表されるスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を構成単位として分子内に有することを特徴とする。
前記一般式（１）中のスルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基は１以上４であってよいので、前記一般式（１）は下記一般式（６）で表すことができる。下記一般式（６）で表わされるピリジン環または含窒素複素環Ａｒにはアルキル基、ニトロ基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、カルボキシル基等の他の官能基があってもよい。
【００７１】
【化１３】
0005365045.tif 000008
【００７２】
（式中Ａｒは含窒素複素環を表し、ｎは１から４までの整数である。図中のＸは水素または第１族元素または第２族元素を表す）
【００７３】
芳香環とは、芳香族性を持つ環状化合物を指す。芳香環とは、ベンゼン環や、ベンゼン環が縮環したナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレンや、ピロール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジンなどの含窒素複素環、チオフェンのような含硫黄複素環、フランのような含酸素複素環、これらの複素環を一部または全部に含むインドール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、フェナントロリン、プリンなどの縮環体を例示でき、また、これらを化学修飾した芳香環も例示できる。また、さらにこの中から２種類以上の環から成る共重合体であってもよい。
本発明におけるピリジン環を含む複素環とは、フェナントロリン、キノリン、ナフチリジン、フェナンチリジン、アクリジンが例として挙げられる。これらをニトロ基やヒドロキシル基やカルボキシル基、ハロゲン基等で化学修飾したものも例示できる。
【００７４】
含窒素複素環とは、環を構成している元素のうち１個またはそれ以上が窒素原子である環状化合物であり、かつ芳香族性を有しているものを指す。
このようなものとしては、ピリジン、ピロール、チアゾール、オキサゾール、イミダゾール、ピラゾール、トリアジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジンや、これらを一部に含有する多環式複素環（例えばインドール、プリン、キノリン、イソキノリン、シンノリン、キナゾリン、キノキサリン、フタラジン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリンなど）などを例示できる。
【００７５】
これら含窒素複素環の中でも、ピリジン環は特に化学的安定性が高い。そのため、スルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩化ピリジロキシ基を有するピリジン環、すなわち前記一般式（２）で表される構造を分子内に有する高分子有機化合物および有機化合物が好ましい。
【００７６】
本発明の有機化合物は、化学的に安定なピリジン環を有し、かつ強酸基であるスルホン酸基を有しているため、酸触媒やイオン交換体、さらには医薬品や消毒剤あるいは抗菌剤として用いることができる。また、単独あるいはバインダー等とともに製膜することにより、電解質膜として好適に使用できる。また、この電解質膜を膜電極接合体や燃料電池に利用することができる。
【００７７】
前記一般式（２）の構造を得るためには、ヒドロキシ基（−ＯＨ）を有するピリジンスルホン酸とハロゲンを有するピリジンとを出発原料に、Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ反応を行うことによって、比較的温和な反応条件で目的の構造を得ることができる。
【００７８】
すなわち、ヒドロキシ基（−ＯＨ）を有するピリジンスルホン酸と水酸化ナトリウムや炭酸カリウムなどの塩基とを反応させ、ヒドロキシ基をナトリウム塩（−ＯＮａ）やカリウム塩（−ＯＫ）に変換した後、ピリジンと反応させることで、スルホン酸塩化ピリジロキシ基を有するピリジンが得られる。これを希塩酸などの酸で処理すれば、スルホン化ピリジロキシ基を有するピリジン環が得られる。ピリジン環以外の芳香環でも同様の反応で得られる。
【００７９】
また、スルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基の他に、ケイ素や硼素を含む官能基や複数のハロゲン元素などの脱離が容易な官能基が導入された含窒素複素環誘導体は、多くの機能性分子、もしくは機能性高分子の出発物質あるいは中間体として用いることができる。脱離基の中でも、ハロゲンは脱離能が高く、様々な反応に応用できるため好ましい。この中でも、ハロゲンを２つ有した化合物は、重縮合反応によって高分子有機化合物を合成できるため、特に好ましい。
ハロゲンを２つ有した化合物から重縮合反応によって高分子有機化合物を合成する例を挙げたが、他の例として様々な反応により、その誘導体である有機化合物を得ることができる。その反応例としては、メタノールと反応させることによりハロゲンを水酸基に置換する反応や、ハロゲンを脱離させベンゼンと結合するフォトリシス反応、Pd触媒を用いてハロゲンを脱離させ任意の置換基（例えば、アルキルチオエーテル基）を導入する反応などを挙げることができる。
【００８０】
本発明における有機化合物の中でも高分子有機化合物は、高分子の長所である軽量性・加工性を活かし、利用の場がさらに広がる。
【００８１】
具体的な例としては、本発明で得られる高分子有機化合物は製膜性に富むので、単独あるいはバインダー等とともに製膜し、固体高分子型燃料電池用の電解質膜として用いることが挙げられる。本発明の高分子有機化合物は強酸基であるスルホン酸基を含むため高いプロトン伝導度を有し、かつ優れた耐ラジカル性、耐熱性も併せ持つので、燃料電池用途に好適に使用できる。
【００８２】
本発明でいう高分子有機化合物の質量平均分子量などで表される分子量はその用途により最適値が異なるので特に限定されないが、通常、１０００〜１０００万が好ましい。１０００未満では機械的強度を要求される分野に不適となる恐れがあり、一方、１０００万を越えると加工性などが劣る恐れがある。
【００８３】
高分子有機化合物が前記一般式（２）で表される構成単位を高分子主鎖に含む共重合体である場合、共に重合する構成単位としては、得られる高分子有機化合物の耐熱性や耐ラジカル性を損なわないものがよく、特に前記一般式（４）で表されるように、他の含窒素複素環Ａｒを含むものが好ましい。この共重合体は交互共重合体であっても、ブロック共重合体であっても、ランダム共重合体であってもよい。すなわち、一般式（２）で表される構成単位（Ａ）と含窒素複素環を含む構成単位Ａｒの順番はどのようなものであっても良い。例えば、−Ａｒ−Ａｒ−（Ａ）−（Ａ）−、−Ａｒ−（Ａ）−Ａｒ−（Ａ）−、−（Ａ）−（Ａ）−Ａｒ−Ａｒ−のいずれでも良く、順番は限定されない。また、構成単位Ａｒおよび（Ａ）の数の比も限定されない。
【００８４】
ここで言う他の芳香環とは、前記のように、ベンゼン環や、ベンゼン環が縮環したナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレンや、ピロール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジンなどの含窒素複素環、チオフェンのような含硫黄複素環、フランのような含酸素複素環、これらの複素環を一部または全部に含むインドール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、フェナントロリン、プリンなどの縮環体を例示でき、また、これらを化学修飾した芳香環も例示できる。また、さらにこの中から２種類以上の環から成る共重合体であってもよい。
【００８５】
この中でも、含窒素複素環は化学的安定性に富むものが多く、さらにこの中でもピリジン環は特に高い耐ラジカル性を示す。そのため、ピリジン環のみで構成される高分子有機化合物は特に優れた化学的安定性を示すため好ましい。
【００８６】
この場合、ピリジン環は無置換であってもよいし、得られる高分子有機化合物の特性を損なわないならば、ニトロ基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、カルボニル基などの適当な官能基を有していてもよい。また、隣接する構成単位との結合位置も特に限定されないし、結合位置の異なるピリジン環構成単位が２種類以上混在して共重合なされたものでもよい。また、３点以上の結合位置を持つピリジン環であってもよい。
【００８７】
本発明の高分子有機化合物の中で前記のような共重合体の場合、前記一般式（２）で表される構成単位と、それ以外の構成単位の数の比は特に限定されるものではないが、前記一般式（２）で表される構成単位の占める割合が大きくなると、水に可溶になる場合がある。そのため、用途に応じてその比を変えることが望ましい。
【００８８】
本発明の高分子有機化合物を得るための合成法としては、酸化重合法や有機金属重縮合法などが例示でき、得られる高分子有機化合物の性能を損なわないならば、特に限定されるものではないが、前述した、本発明のハロゲンを２つ含む有機化合物をモノマーとして用いるのであれば、有機金属試薬を用いた脱ハロゲン化重縮合法により目的の高分子有機化合物を好適に得ることができる。
【００８９】
本発明の高分子有機化合物は、プロトン伝導性に優れ、また、イオン交換容量も高いことから、イオン交換体などとして利用することができる。
【００９０】
また、触媒としては配位子として用いることができる他、分子内にスルホン酸基を有することから単独でも触媒としても使用できる。このような触媒例としては、オレフィンの水和反応、エステル化、ニトリルの水和、アルキル化、アシル化、脱水、加水分解反応等を促進することができる。
【００９１】
更に本発明の高分子有機化合物を利用して電解質膜を作製し、これを用いて図１に示した構成を備えた膜電極接合体（ＭＥＡ）やその膜電極接合体（ＭＥＡ）を備えた図２に示した構成の燃料電池の単セルを作製することも可能である。
【００９２】
本発明の高分子有機化合物を用いて電解質膜を製造するには、熱溶融することにより膜を形成するか、あるいは適当な溶媒に溶解させ、適当な基板や支持体に塗付した後乾燥させ膜を形成する、いわゆる溶液プロセスによる方法などが挙げられ、その形成法は特に限定されるものではない。
【００９３】
前記のような溶液プロセスにより、本発明の高分子有機化合物を製膜する場合に使用する溶媒は、試料を溶解することができるなら特に限定されるものではないが、工業的に入手が容易で、かつ製膜および乾燥の際に留去しやすいものがより好ましく、クロロホルム、塩化メチレン、エーテル、ジオキサン、ヘキサン、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、メタノール、エタノール、ギ酸などが例示でき、また、２種以上の溶媒の混合物であってもよい。
【００９４】
本発明の高分子有機化合物を用いて、イオン交換体や触媒を製造する際にも前記のように熱溶融することにより形成することができ、また適当な溶媒に溶かした後、支持体に塗布・コーティングしたり、担持させたりすることにより形成でき、その形成法は特に限定されない。
【００９５】
また、製膜時にバインダーを用いてもよく、バインダーとしては、適当な樹脂を単独または二種類以上混合して使用することができる。また、これらの樹脂の変性体や共重合体を使用してもよく、例えば、これらの樹脂にスルホン酸基を導入して変性した変性体を用いることによりプロトン伝導性をさらに向上できるので好適に用いられる。本発明の有機化合物使用時は製膜性が低いことが多く、この方法は特に良い。
【００９６】
ここで言う樹脂としては、具体的には、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、プロピレン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ビニリデン樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、フェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、ビニル樹脂、カルボン酸樹脂、フッ素樹脂、ナイロン樹脂、スチロール樹脂、エンジニアリングプラスチックなどを例示できる。
また、前記のような有機樹脂だけでなく、有機無機ハイブリッド樹脂やシリケート樹脂、水ガラス、各種無機ポリマーなども使用できる。前記のようにこれらの樹脂にスルホン酸基や水酸基などを導入した変性体も好適に用いられる。
【００９７】
膜電極接合体（ＭＥＡ）を製造する方法の一例としては、以下の方法を示すことができる。
まず、本発明の高分子有機化合物を用いて前述した製造法により、電解質膜を形成する。さらに必要に応じてその上へ保護フィルムを積層して保存する。そして使用時に、この支持体、保護フィルムを剥離させた後、電解質膜の両側に触媒層、ガス拡散層を含有する電極層を形成し、これにより図１に示した膜電極接合体（ＭＥＡ）が得られる。
この膜電極接合体（ＭＥＡ）に図２に示したようにセパレータや図示しない補助的な装置（ガス供給装置、冷却装置など）を装着して組み立て、単一あるいは積層することにより燃料電池を作製することができる。
【００９８】
また、本発明における高分子有機化合物によって形成された電解質膜の好適な厚さは、通常０．１〜５００μｍ程度であるが、より好ましくは１０μｍ〜１５０μｍである。５００μｍを超えて厚過ぎるとプロトン伝導性が損なわれる恐れがあり、０．１μｍ未満で薄すぎると電解質膜の物理特性が損なわれる恐れがある。
【００９９】
また、本発明の高分子有機化合物を電極層に用いる電解質として用い、図１に示した構成を備えた膜電極接合体（ＭＥＡ）やその膜電極接合体（ＭＥＡ）を備えた図２に示した構成の燃料電池の単セルを作製することも可能である。触媒層は少なくとも触媒と電解質を含む層であり、触媒層に含まれる電解質として本発明の高分子有機化合物を用いることができる。触媒層を形成するにあっては、少なくとも電解質と触媒を含む塗液を用い、電解質膜に直接塗布する方法、もしくは他の基材に塗液を塗布して塗膜を形成し該塗膜を電解質膜に転写する方法により、触媒層を電解質膜の両面に形成することができる。
【実施例】
【０１００】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１０１】
なお、以下の実施例で得られた化合物は、実施例１については赤外吸収スペクトル、 1Ｈ−ＮＭＲスペクトルによって同定した。実施例２については、赤外吸収スペクトル、元素分析によって同定した。それぞれは以下の装置を使って測定した。
［赤外吸収スペクトル］
少量の試料と臭化カリウムの混合物をペレット状に押し固めたものを測定に用いた。測定は日本分光製ＦＴ／ＩＲ−４６０型を用いた。
［ 1Ｈ−ＮＭＲスペクトル］
試料を重溶媒に溶かしたものをＮＭＲ用サンプル管に入れ、日本電子製核磁気共鳴装置ＪＮＭ−ＥＸ３００により測定した。
【０１０２】
（実施例１）
〔スルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する芳香環７の合成〕
１ｇの４−ヒドロキシピリジン−３−スルホン酸と０．７９ｇの炭酸カリウムを溶媒に溶かし、撹拌した。その後、２．０ｇの２，３，５−トリブロモピリジンを加え、反応させた。得られた粗生成物を回収し、精製、乾燥することで、下記構造式（７）で表される化合物７を白色粉末として２．９ｇ（収率８８％）得た。
【０１０３】
【化１４】
0005365045.tif 000009
【０１０４】
（実施例２）
〔スルホン化ピリジロキシ基を有する芳香環を構成単位として分子内に有する高分子有機化合物８の合成〕
０．９６ｇのニッケル−１，５−シクロオクタジエン錯体［ビス（１，５）−（シクロオクタジエン）ニッケル（０）、（Ｎｉ（ｃｏｄ）2 ］および５ｍｌのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を加え撹拌した。これに０．４３ｍｌの１，５−シクロオクタジエン、０．５５ｇの２，２’−ビピリジルを加え、撹拌した。ここに、０．２０ｇの化合物Ｉと０．３３ｇの２，５−ジブロモピリジンを含む溶液１０ｍｌを加え、反応させた。
反応粗成物を回収し、精製、乾燥させた。得られた生成物を酸で処理して塩を除去することで、下記構造式（８）で表されるスルホン化ピリジロキシ基を有する芳香環を構成単位として分子内に有する高分子有機化合物８を０．１３ｇ（収率６８％）得た。
【０１０５】
【化１５】
0005365045.tif 000010
【０１０６】
（式中カッコで囲まれた部分は高分子有機化合物８を構成する単位を示し、ｍ、ｎは各々の構成単位の数を表す整数である）
【０１０７】
実施例１、２で得られた化合物７、８の赤外吸収スペクトルを測定した。化合物７および８の測定結果を図３、４に示す。９５０〜１０５０ｃｍ-1付近と、１１００〜１２５０ｃｍ-1付近に２つの特徴的な強い吸収ピークが観測された。これらはそれぞれＳ＝Ｏ基の対称振動および非対称振動によるものであり、スルホン酸基あるいはスルホン酸ナトリウム基に特有な吸収ピークであることから、化合物７、８がスルホン酸基あるいはスルホン酸ナトリウム基を有することが確認できた。
【０１０８】
実施例１で得られた化合物７の 1Ｈ−ＮＭＲスペクトルを測定した。化合物７の測定結果を図５に示す。化学シフトが６．０〜９．０付近に５つ（図５では二つのシグナルが近接しており、４つのシグナルのように観察される。８．７ｐｐｍ〜８．８ｐｐｍのシグナルの積分強度は２つのプロトンが存在していることを示している。）のシグナルが観測された。ピリジン環に直結しているプロトンに由来するシグナルであり、前述の赤外吸収スペクトルの結果と併せ、化合物７の化合物がピリジン環およびスルホン酸基あるいはスルホン酸ナトリウム基を有することが確認できた。
【０１０９】
〔イオン交換容量〕
イオン交換容量はスルホン酸基量に比例する。化合物８について、元素分析を行い硫黄元素の量からスルホン酸基量を計算した。得られた元素分析値は、化合物８で０．８１重量％であった。このことから、スルホン酸基量は０．３ミリ当量／ｇであることがわかった。
【０１１０】
（本発明の高分子有機化合物の製膜）
実施例２で得られた化合物８を溶媒に溶解させ塗布し、溶媒を除去することで、化合物８の膜を得た。
【０１１１】
（耐ラジカル性の評価）
〔フェントン試験〕
化合物８を用いて前記の方法で作製した膜を、フェントン試薬（１５％Ｈ2 Ｏ2 、２０ｐｐｍＦｅ2+）に入れ、６０℃３時間条件で行い、膜の変化を目視で確認した。
この試験条件下では、通常の炭化水素系電解質膜ではラジカルによって分解してしまうが、化合物８の膜はただれや形状変化もなかった。この結果から、本発明の有機化合物は優れた耐ラジカル性を有していることがわかった。
一方、通常の炭化水素系電解質膜であるスルホン化ポリエーテルエーテルケトンでは、これよりもかなり弱い試験条件である６０℃３時間、３％Ｈ2 Ｏ2 、４ｐｐｍＦｅ2+でも、ただれが観察される。別の炭化水素系樹脂であるポリフェニレン樹脂でもただれが観察される。
【０１１２】
（耐熱性の評価）
〔熱重量分析〕
実施例２で合成した化合物８の耐熱性を評価するため、島津製作所製熱重量分析装置ＴＧＡ−５０、および同社製温度アナライザーＴＡ−５０ＷＳを用いて熱重量分析を行った。測定は試料を５ｍｇ程度秤量して白金器に乗せ、窒素雰囲気下で毎分１０℃の速度で室温から９００℃まで昇温し、その間の重量変化をプロットした。
【０１１３】
測定の結果、２３０℃を越えるまでは水分による重量減少しか観測されず、高い熱的安定性を有していることがわかった。
【０１１４】
以上の結果により、本発明によって得られる高分子有機化合物は、確かにスルホン酸基を有する含窒素複素環（実施例の場合、ピリジン環）を備えており、製膜性にも優れ、かつ高い耐ラジカル性、耐熱性、耐膨潤性を併せ持つということがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明の有機化合物は、スルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環から成ることを特徴とするものであり、合成が容易で、強酸基を有し、高い耐ラジカル性を有し、かつ優れたプロトン伝導性、高いイオン交換量を有し、酸触媒としての活性が高いので、医薬品、消毒剤あるいは抗菌剤、イオン交換体、電解質膜、触媒、膜電極接合体、燃料電池として有効に使用できる。
そして本発明の高分子有機化合物は、スルホン化ピリジロキシ基またはスルホン酸塩を結合したピリジロキシ基を有する含窒素複素環を構成単位として分子内に有することを特徴とするものであり、従来の炭化水素系樹脂では得られなかった高い耐ラジカル性を有し、かつ優れたプロトン伝導性、高いイオン交換量を有し、酸触媒としての活性が高いので、イオン交換体、電解質膜、触媒、膜電極接合体、燃料電池として有効に使用できるという顕著な効果を奏し、
そして本発明の有機化合物あるいは高分子有機化合物を用いて、耐ラジカル性・耐熱性に優れた医薬品、消毒剤あるいは抗菌剤、イオン交換体、電解質膜、触媒、膜電極接合体、燃料電池を提供することができるので、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】電解質膜の両面に電極触媒層を形成した膜電極結合体の一実施態様の断面説明図である。
【図２】図１に示した膜電極結合体を装着した燃料電池の単セルの構成を示す分解断面図である。
【図３】実施例１で得られた化合物７の赤外吸収スペクトルを示す。
【図４】実施例２で得られた化合物８の赤外吸収スペクトルを示す。
【図５】実施例１で得られた化合物７の 1Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
【符号の説明】
【０１１７】
１  電解質膜
２  空気極側電極触媒層
３  燃料極側電極触媒層
４  空気極側ガス拡散層
５  燃料極側ガス拡散層
６  空気極
７  燃料極
８  ガス流路
９  冷却水流路
１０  セパレータ
１１  単セル
１２  膜電極結合体
【図１】
0005365045.tif 000017
【図２】
0005365045.tif 000018
【図３】
0005365045.tif 000019
【図４】
0005365045.tif 000020
【図５】
0005365045.tif 000021