Continuous flow synthesis of fullerene derivative PCBM by integrated process of synthesis and purification

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04772
• Research Institution: Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 岩井 利之 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (20416291)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: フロー合成 / フラーレン / PCBM / 精製 / メタノフラーレン

Outline of Annual Research Achievements

前年度はオリゴエチレングリコールエーテル鎖を複数本導入したベンジルアルコールを用いて4-ベンゾイル酪酸エステルとし、ヒドラゾン法によりフラーレンと反応させ、PCBMの高極性類縁体であるPCBRを得た。今年度は硫黄イリド法によるPCBR合成を行うため、極性官能基部分にはベンジルアルコールではなく安息香酸構造を導入し、この安息香酸誘導体と4-ベンゾイル酪酸とをエチレングリコールエステルとして連結させた。このエステル体をスルホニウム塩に変換しフラーレンとの反応を行ったところ、目的とするPCBRへと変換することに成功した。しかしながら、このスルホニウム塩合成やフラーレンとの反応において、1) スルホニウム塩の前駆体への転換率が低い、2) スルホニウム塩の精製が困難、3) PCBRの精製・再沈殿が困難、といった課題が見つかった。高極性なPCBRはトルエン比率を低減したトルエン-メタノール混合溶媒系への溶解性が高いことが確認できているが、その合成や精製に高極性化合物特有の課題が生じたことになる。そこでアルコール可溶性PCBRを目指すだけではなく、C60とPCBRの分離が容易になる点を考慮してエチレングリコールエステル程度の小さな極性官能基を導入した系についても検討をすすめている。
また、PCBRからPCBMへのエステル交換反応についても検討を行っており、酸性条件下に加え、塩基性条件下での検討も行った。今後さらなる検討が必要ではあるが、塩基性条件下でのエステル交換反応に期待がもたれる結果が得られている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

これまでの検討事例からヒドラゾン法よりも硫黄イリド法の方がフロー法への展開が容易であることから、本年度は硫黄イリド法による高極性PCBR類の合成を検討した。合成には成功したが、その前駆体の合成や精製に課題があることが明らかとなったことで小さな極性官能基を有するPCBRの合成とそのエステル交換反応の検討へと進める方針を立てることができている。しかしながら、フロー系へ展開にまで進めることができていないことからやや遅れているものとした。

Strategy for Future Research Activity

PCBMの高極性類縁体であるPCBRとC60との分離はエチレングリコールエステルのような小さな極性官能基でも容易であることから、このようなPCBRのエステル交換反応によるPCBM合成についてバッチ法での条件探索を行う。このエステル交換反応はフロー反応への適用を想定したものとし、フロー系でのエステル交換反応についても検討を実施する。加えて、硫黄イリド法によるエチレングリコールエステル誘導体などのPCBR合成についても検討を行う。

Causes of Carryover

初年度にフロー合成用の液―液分離装置/器具を購入できなかったために繰り越していた予算を用いて、当初の計画通りにミキサーセトラの購入を行った。その購入選定の過程で想定よりも安価の購入することができたため繰り越しが生じた。また購入したミキサーセトラを十分に活用できなかったため、その関連消耗品の購入に充てる予算を繰り越すこととなった。次年度は高極性PCBRの合成に必要な試薬やフロー合成・精製関連の消耗品などを早期に購入し迅速に研究を進めたい。