DE4244505A1 - New tetra:hydro:naphthalenone derivs. used in polymer contg. chromophore - Google Patents

New tetra:hydro:naphthalenone derivs. used in polymer contg. chromophore

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Abstract

New 7-substd.-4,4a,5,6-tetrahydro-2-(3H)-naphthalenone derivs. are of the formula (D)n-X. New polymers (II) contain at least 10 wt.% E gps. of the formula -X-(CH2)x-Y-X (where X = a gp. of formula (III). A and A1 = NO2, CN, halogen, CF3, COOR5, CONR62 or SO2R7; or one of A and A1 = H, -COO(CH2)x, ZH, SO3R5, SOR7, SO2NR62 or S(NSO2CF3)CF3; x = 2, 3, 4 or 5; Z = O, S or NH; R1-4 and R6 = H or 1-4C alkyl; R5 = 1-4C alkyl; R7 = 1-4C alkyl, 1-4C perfluoroalkyl or (substd.) phenyl; R8 = 1-22C alkyl, opt. with a terminal OH, SH or prim. or sec. amino substit., or H(OCH2CH2)m; Q = an (n+1)-valent gp. derived from an aromatic carbocyclic or heterocyclic ring system with up to 3 rings; p = 0 or 1; n = 1, 2 or 3; m = 1, 2, 3, 4, 5 or 6).

Description

Die Erfindung betrifft Derivate des 4, 4a, 5, 6-Tetrahydro-2-(3H)-naphthalenons, die in 7-Stellung eine Elektronendonor-Gruppe enthalten und deren Ketogruppe durch eine olefinische Doppelbindung ersetzt ist, die mindestens eine Elektronenakzeptor- Gruppe trägt. Die Erfindung betrifft ferner Schichtelemente, die diese Verbindungen in Form von Schichten auf einem Träger enthalten und die Verwendung der Verbindungen für Zwecke der nichtlinearen Optik.The invention relates to derivatives of 4, 4a, 5, 6-tetrahydro-2- (3H) -naphthalenone, which in 7-position contain an electron donor group and its keto group by an olefinic double bond is replaced, which has at least one electron acceptor Group carries. The invention further relates to layer elements that these connections contained in the form of layers on a support and the use of the Connections for non-linear optics purposes.

Wegen der unterschiedlichen Substituenten sind die Moleküle der genannten Verbindungen nichtzentrosymmetrisch. Sie werden daher meist ein Dipolmoment aufweisen. Sie besitzen ferner ein ausgedehntes π-Elektronensystem mit mehreren Chromophoren. Dies alles macht sie geeignet für Zwecke der nichtlinearen Optik.Because of the different substituents, the molecules are named Non-centrosymmetric connections. Therefore, they usually become a dipole moment exhibit. They also have an extensive π electron system with several Chromophores. All of this makes them suitable for purposes of nonlinear optics.

Die nichtlineare Optik (NLO) ermöglicht es, u. a. mit Hilfe geeigneter Geräte aus zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Frequenz eine neue Frequenz zu erhalten, die der Differenz oder der Summe entspricht sowie aus einem Lichtstrahl einer optischen Frequenz optische Signale mit einem Vielfachen (insbesondere dem Doppelten) dieser Frequenz zu erhalten. Die nichtlineare Optik erlaubt auch die Umwandlung elektrischer Information in optische Information und führt daher möglicherweise langfristig zu einer fundamentalen Änderung der Technik der Datenübertragung und Datenspeicherung.The non-linear optics (NLO) allows u. a. with the help of suitable devices two light beams of different frequencies to get a new frequency that corresponds to the difference or the sum as well as one from a light beam optical frequency optical signals with a multiple (especially the To get double) of this frequency. The nonlinear optics also allows that Conversion of electrical information into optical information and therefore leads possibly a fundamental change in the technology of Data transmission and data storage.

NLO-Materialien eignen sich zur Herstellung von nichtlinear-optischen Bauelementen, beispielsweise elektrooptischen Modulatoren, elektrooptischen Schaltern, elektrooptischen Richtkopplern und Frequenzverdopplern. Diese Bauelemente finden Anwendung z. B. in der optischen Nachrichtentechnik (zur Modulation und Steuerung von optischen Signalen), als räumliche Lichtmodulatoren in der optischen Signalverarbeitung, zur Frequenzverdopplung von Halbleiterlasern, für die optische Datenspeicherung, die Sensortechnik und Xerographie.NLO materials are suitable for the production of non-linear optical Components, for example electro-optical modulators, electro-optical Switches, electro-optical directional couplers and frequency doublers. This Components are used for. B. in optical communications ( Modulation and control of optical signals), as spatial light modulators  in optical signal processing, for frequency doubling of semiconductor lasers, for optical data storage, sensor technology and xerography.

Das Hauptziel ist die Herstellung von elektrooptischen oder rein-optischen Vorrichtungen, die mit einer geringen Spannung und mit den verfügbaren Lichtstärken eines Halbleiterlasers betrieben werden können. Diese Anforderungen werden nur von Materialien erfüllt, die große elektrooptische Koeffizienten (insbesondere Bockel′s-Koeffizient = r und y) besitzen und die (aufgrund ihrer Verarbeitbarkeit) für die Herstellung von effizienten Wellenleitersystemen geeignet sind.The main goal is the production of electro-optical or purely optical Devices with a low voltage and with the available ones Luminous intensity of a semiconductor laser can be operated. These requirements are only met by materials that have large electro-optical coefficients (in particular Bockel's coefficient = r and y) and (due to their Processability) suitable for the production of efficient waveguide systems are.

Als NLO-Materialien wurden eine ganze Reihe von anorganischen Kristallen, wie z. B. Kaliumdihydrogenphosphat und Lithiumniobat untersucht. Modulatoren aus Lithiumniobat und Frequenzverdoppler auf Basis von Kaliumdihydrogenphosphat sind kommerziell erhältlich.A whole series of inorganic crystals, such as e.g. B. Potassium dihydrogen phosphate and lithium niobate examined. Modulators Lithium niobate and frequency doubler based on potassium dihydrogen phosphate are commercially available.

Daneben sind organische NLO-Materialien jedoch von großem Interesse. Dies hat mehrere Gründe. Einmal ist die NLO-Aktivität (= NLO-Suszeptibilität) organischer Materialien häufig viel höher als bei anorganischen Materialien. Der Brechungsindex und die Dielektrizitätskonstante sind im allgemeinen niedriger. Dies ermöglicht größere innere elektrische Felder, kleinere Polarisationen und geringere Reflexionsverluste, was alles zu einem höheren Wirkungsgrad führt.In addition, organic NLO materials are of great interest. this has several reasons. On the one hand, the NLO activity (= NLO susceptibility) is more organic Materials are often much higher than inorganic materials. The refractive index and the dielectric constant are generally lower. this makes possible larger internal electric fields, smaller polarizations and fewer Reflection losses, which all leads to higher efficiency.

Ferner können organische Materialien "maßgeschneidert" synthetisiert werden, z. B. mit dem Ziel, Materialien mit einer hohen Transparenz bei einer bestimmten Arbeitswellenlänge zu erhalten. Organische Materialien lassen sich auf vielerlei Weisen verarbeiten. Die Herstellung monomolekularer Filme aus organischen Materialien ist einfacher als z. B. die Herstellung von anorganischen Kristallen. Diese Kristalle müssen bei höheren Temperaturen gezüchtet, dann geschnitten, poliert und orientiert werden. Es besteht daher Bedarf an organischen Materialien für Anwendungen im Bereich der nicht-linearen Optik 2. Ordnung. Furthermore, organic materials can be synthesized "tailor-made", e.g. B. with the aim of providing materials with a high degree of transparency for a particular Get working wavelength. Organic materials can be used in many different ways Process wise men. The production of monomolecular films from organic Materials is easier than e.g. B. the production of inorganic crystals. This Crystals have to be grown at higher temperatures, then cut, polished and be oriented. There is therefore a need for organic materials for Applications in the field of 2nd order non-linear optics.  

Die (makroskopische) Polarisation P, die in einem Medium durch ein elektrisches Feld induziert wird, kann in einer Potenzreihe der elektrischen Feldstärke E entwickelt werden.The (macroscopic) polarization P caused by an electrical medium Field is induced in a power series of the electric field strength E be developed.

P = X(1)E + X(2)E2 + X(3)E3 + . . .P = X (1) E + X (2) E 2 + X (3) E 3 +. . .

Die X(i) sind die sogenannten elektrischen Suszeptibilitätfunktionen. Die Suszeptibilitäten X(2) und X(3) hängen von den sogenannten molekularen Hyperpolarisierbarkeiten β und γ ab.The X (i) are the so-called electrical susceptibility functions. The susceptibilities X (2) and X (3) depend on the so-called molecular hyperpolarizabilities β and γ.

X(2) (-ω3, ω2, ω1)XYZ = NfX, ω3fY, ω2fZ, ω1DXYZxyzβxyz
P₁ = αE + βE² + γE³ + . . .
X (2) (-ω3, ω2, ω1) XYZ = Nf X, ω3 f Y, ω2 f Z, ω1 D XYZxyz β xyz
P₁ = αE + βE² + γE³ +. . .

Dabei ist P1 die Polarisation des Moleküls; α, β und γ sind Polarisierbarkeiten. N ist die Zahl der Moleküle pro Volumeneinheit, f der lokale Feldfaktor und DXYZxyz ein Tensor, der die Ausrichtungen der Moleküle im makroskopischen System beschreibt.P 1 is the polarization of the molecule; α, β and γ are polarizabilities. N is the number of molecules per unit volume, f is the local field factor and D XYZxyz is a tensor that describes the orientation of the molecules in the macroscopic system.

Durch NLO-Wechselwirkungen können in einem NLO-Medium neue Frequenzen erzeugt sowie der Brechungsindex des Mediums geändert werden.NLO interactions can create new frequencies in an NLO medium generated and the refractive index of the medium can be changed.

Wichtige nichtlinear-optische Effekte, die von X(2) abhängen, sind die Frequenzverdopplung eines Laserstrahls, die parametrische Verstärkung eines schwachen Lichtsignals und die elektrooptische Umwandlung von elektrischen Signalen. Um Effekte 2. Ordnung zu erzielen, müssen die aktiven Moleküle nichtzentrosymmetrisch ausgerichtet werden, da für zentrosymmetrische Moleküle oder Kristalle X(2) = 0 wird.Important nonlinear optical effects that depend on X (2) are the frequency doubling of a laser beam, the parametric amplification of a weak light signal and the electro-optical conversion of electrical signals. In order to achieve 2nd order effects, the active molecules must be aligned non-centrosymmetrically, since X (2) = 0 for centrosymmetric molecules or crystals.

Man kann versuchen, Kristalle der NLO-Verbindung zu züchten. Wenn diese nichtzentrosymmetrisch kristallisieren, hat der Kristall (ohne weitere Behandlung) eine nicht-verschwindende makroskopische Suszeptibilität 2. Ordnung X(2). Man erreicht mit Kristallen eine sehr hohe Konzentration des Chromophors und eine sehr hohe Ordnung, ferner hat man keine Probleme mit der Relaxation der Ordnung, da die nichtzentrosymmetrische Ordnung den Zustand niedrigster freier Energie darstellt. Allerdings ist die Verarbeitbarkeit vieler Kristalle schlecht und die Herstellung integrierter optischer Bauelemente mit Einzelkristallen ist meist unpraktisch. Ferner können nichtzentrosymmetrische Moleküle auch zu zentrosymmetrischen Kristallen führen.One can try to grow crystals of the NLO compound. If these crystallize non-centrosymmetrically, the crystal (without further treatment) has a non-vanishing second-order macroscopic susceptibility X (2) . A very high concentration of the chromophore and a very high order are achieved with crystals, and furthermore there are no problems with the relaxation of the order, since the non-centrosymmetric order represents the state of lowest free energy. However, the processability of many crystals is poor and the manufacture of integrated optical components with single crystals is usually impractical. Furthermore, non-centrosymmetric molecules can also lead to centrosymmetric crystals.

Das Verfahren der Erzeugung dünner Schichten nach J. Langmuir und K. B. Blodgett (= LB-Verfahren) bietet wohl die größte Freiheit bei der chemischen Planung, erfordert aber umfangreiche Erfahrung. Bei diesem Verfahren werden Moleküle auf einer Wasseroberfläche gespreitet, durch Verkleinerung der Fläche pro Molekül parallel angeordnet, und bei konstantem Schub durch Eintauchen und Herausnehmen eines Trägers auf ein Substrat aufgezogen. Pro Tauchvorgang wird eine monomolekulare Schicht unter Erhaltung ihrer Ordnung übertragen. Für den Aufbau von LB-Schichten verwendet man amphiphile Moleküle, d. h. Moleküle, die ein hydrophiles (einen "Kopf") und ein hydrophobes Ende (einen "Schwanz") haben.The method of producing thin layers according to J. Langmuir and K. B. Blodgett (= LB process) probably offers the greatest freedom in chemical Planning, but requires extensive experience. In this procedure Molecules spread on a water surface by reducing the area arranged in parallel per molecule, and with constant thrust by immersion and Removing a carrier mounted on a substrate. Per dive transfer a monomolecular layer while maintaining its order. For the The construction of LB layers uses amphiphilic molecules, i. H. Molecules that have a hydrophilic (a "head") and a hydrophobic end (a "tail").

Um LB-Schichten mit hohen Suszeptibilitäten 2. Ordnung zu ermöglichen, stellt man organische Verbindungen her, die sowohl hohe molekulare Hyperpolarisierbarkeiten 2. Ordnung β als auch amphiphile Eigenschaften besitzen.To enable LB layers with high 2nd order susceptibilities, one makes organic compounds that have both high molecular hyperpolarizabilities 2nd order β and amphiphilic properties.

Falls man amphiphiles Material, das aus einer einzigen Molekülsorte besteht, nach dem LB-Verfahren zu Multischichten anordnet, können drei unterschiedliche Möglichkeiten des Tauchverhaltens auftreten: Es können Filme des X-Typs (Übertragung nur während des Eintauchens) oder des Z-Typs (Übertragung nur während des Herausnehmens) auftreten, die beide den Vorteil der nicht­ zentrosymmetrischen Struktur aufweisen. Meist treten aber Filme des Y-Typs auf (Übertragung während Eintauchen und Herausnehmen) bei der die Moleküle eine Kopf-Kopf- und Schwanz-Schwanz-Anordnung zeigen.If one looks at amphiphilic material that consists of a single type of molecule arranging the LB process into multilayers can do three different ones Possibilities of diving behavior occur: There can be films of the X type (Transmission only during immersion) or Z type (transmission only during removal), both of which do not take advantage of have a centrosymmetric structure. Mostly, however, films of the Y type appear (Transfer during immersion and removal) in which the molecules have a Show head-head and tail-tail arrangement.

In den meisten Fällen weisen Y-Typ-Filme eine zentrosymmetrische Struktur auf. Bei den wenigen Verbindungen, die eine Orientierung in der Trägerebene aufweisen (also eine nichtzentrosymmetrische Struktur aufweisen) ist die erreichbare Suszeptibilität relativ gering. Um mit Verbindungen, die zu Filmen des Y-Typs führen, eine Multischicht-Anordnung mit nicht-zentrosymmetrischer Struktur zu erreichen, kann man drei Strategien verwenden:In most cases, Y-type films have a centrosymmetric structure. At the few connections that have an orientation in the carrier plane (ie have a non-centrosymmetric structure) is the attainable  Susceptibility relatively low. To deal with connections leading to films of the Y type lead to a multilayer arrangement with a non-centrosymmetric structure three strategies can be used:

  • a) Man bildet einen Film, bei dem aktive Schichten und inaktive Schichten (amphiphile Moleküle ohne Chromophor oder Polymere ohne Chromophor, z. B. Trimethylsilylcellulose oder Polymethacrylsäureester) abwechseln. Diese Methode hat den Nachteil, daß die NLO-aktiven Moleküle das verfügbare Volumen nicht effizient ausnutzen, da die inaktiven Schichten zu einer "Verdünnung" des Systems führen. Daher zeigen solche Filme eine geringere NLO-Aktivität.a) A film is formed with active layers and inactive layers (amphiphilic molecules without chromophore or polymers without chromophore, e.g. Alternate trimethylsilyl cellulose or polymethacrylic acid ester). This method has the disadvantage that the NLO-active molecules do not have the available volume Make efficient use of the system because the inactive layers "dilute" the system to lead. Therefore, such films show less NLO activity.
  • b) Man steuert den Übertragungsprozeß so, daß man Z-Typ-Filme erhält. Dazu sind aber spezielle Mehrkammer-Anlagen für die Beschichtung der Substrate erforderlich. Eintauchen und Austauchen erfolgen in unterschiedlichen Kammern.b) You control the transfer process so that you get Z-type films. To are special multi-chamber systems for coating the substrates required. Immersion and immersion take place in different chambers.
  • c) Man überträgt abwechselnd Filme aus 2 unterschiedlichen NLO-aktiven Amphiphilen, deren Dipolmomente einmal zu dem hydrophoben Iangkettigen Alkyl- Rest (Schwanz) gerichtet und einmal von ihm abgewandt sind. In diesem Fall werden sich die Dipolmomente von zwei benachbarten Schichten trotz der Y-Struktur nicht aufheben, sondern addieren. Das wirksame Dipolmoment ist daher nach wie vor in einer Größenordnung, die es für NLO-Zwecke interessant macht.c) You alternately transfer films from 2 different NLO-active Amphiphiles, the dipole moments of which form the hydrophobic long-chain alkyl Rest (tail) directed and once turned away from him. In this case the dipole moments of two neighboring layers will differ despite the Don't cancel the Y-structure, add it. The effective dipole moment is therefore still on a scale that makes it interesting for NLO purposes.

Eine weitere Methode zur Ausrichtung der Chromophoren in Materialien mit nicht- zentrosymmetrischer Struktur besteht in dem Einbau eines NLO-aktiven Chromophors in eine Polymermatrix ("gepoltes Polymer"). Man kann z. B. eine niedermolekulare NLO-aktive Verbindung direkt in einem Polymer lösen. Durch ein starkes elektrisches Feld können die Chromophore teilweise ausgerichtet werden. Danach kommt es jedoch zu einer schnellen Relaxation der Ordnung, so daß mit dieser Methode nur eine verhältnismäßig geringe Ausrichtung der Chromophore zu erzielen ist. Nachteilig ist ferner die begrenzte Löslichkeit der niedermolekularen NLO-aktiven Verbindungen im Polymer. Another method of aligning the chromophores in materials with non- Centrosymmetric structure consists in the installation of an NLO-active Chromophors in a polymer matrix ("poled polymer"). You can e.g. Legs Dissolve low molecular weight NLO-active compound directly in a polymer. Through a strong electric field, the chromophores can be partially aligned. After that, however, there is a rapid relaxation of the order, so that with this method only requires a relatively low alignment of the chromophores to achieve. Another disadvantage is the limited solubility of the low molecular weight NLO active compounds in the polymer.  

Die Stabilität der Ordnung und die Konzentration an Chromophorengruppen können weiter erhöht werden, wenn man diese kovalent in das Polymer einbindet, beispielsweise als Seitenkette oder Teile einer Polymer-Hauptkette. Durch Erhöhen der Glastemperatur oder nachträgliches Vernetzen kann die Orientierung weitgehend stabilisiert werden.The stability of the order and the concentration of chromophore groups can be further increased if they are covalently integrated into the polymer, for example as a side chain or parts of a polymer main chain. By increasing the glass temperature or subsequent crosslinking can change the orientation be largely stabilized.

Stets ist es wünschenswert, daß die NLO-aktive Verbindung eine möglichst große optische Nichtlinearität β (= Hyperpolarisierbarkeit 2. Ordnung) aufweist. Eine Verbindung hat einen großen Wert für β, wenn sie ein konjugiertes π- Elektronensystem (z. B. den Stilben-Rest) enthält und mindestens eine Elektronendonor und mindestens eine Elektronenakzeptorgruppe vorhanden ist. Der Wert für β wird vergrößert, wenn das Molekül Licht im Wellenbereich des einstrahlenden elektrischen Feldes oder des durch NLO erzeugten Feldes absorbiert (sogenannte Resonanzverstärkung). Allerdings sind Absorptionen für viele Anwendungen unerwünscht, da sie Verluste verursachen und die optische Stabilität negativ beeinflussen. Eine Verbindung gilt als "optisch stabil", wenn die Lichtintensität längere Zeit ertragen werden kann, ohne daß es zu dauerhaften Materialschädigungen kommt. Eine ideale Verbindung hätte eine große Hyperpolarisierbarkeit β, aber keine Rest-Absorption im gewünschten Wellenlängenbereich. Allerdings zeigen die meisten Verbindungen mit einem ausreichend hohem Wert für β noch erhebliche Restabsorption bei den gewünschten Wellenlängen für Frequenzverdopplung, insbesondere im Bereich von 415 nm, der durch Frequenzverdopplung von IR-Licht der Frequenz 830 nm (Dioden-Laser), anfällt.It is always desirable for the NLO-active connection to be as large as possible optical non-linearity β (= second order hyperpolarizability). A Compound has a great value for β if it is a conjugated π- Contains electron system (e.g. the stilbene residue) and at least one Electron donor and at least one electron acceptor group is present. The value for β is increased if the molecule has light in the wavelength range of the incident electric field or the field generated by NLO absorbed (so-called resonance amplification). However, absorptions are for many applications undesirable because they cause losses and the optical Negatively affect stability. A connection is considered "optically stable" if the Light intensity can be endured for a long time without being permanent Material damage comes. An ideal connection would have a great one Hyperpolarizability β, but no residual absorption in the desired Wavelength range. However, most connections show one sufficiently high value for β still considerable residual absorption in the desired wavelengths for frequency doubling, especially in the range of 415 nm, which by frequency doubling of IR light of the frequency 830 nm (Diode laser).

Da Verbindungen mit großen Dipolmomenten und gleichzeitig hohen Werten für β von Interesse sind, hat man bereits NLO-aktive Verbindungen untersucht, deren Chromophor aus einem konjugierten π-System besteht, dessen Enden mit einem Elektronenakzeptor und einem Elektronendonor versehen sind. Bekannte Verbindungen sind z. B. 4-Dimethylamino-4′-Nitrostilben(DANS) und 2-Methyl-4- Nitroanilin(MNA). Aus den europäischen Patentanmeldungen EP 0 364 313 und 0 390 655 sind NLO-aktive Verbindungen bekannt, die sich von einem Cyclohexenon ableiten und 3 oder 4 konjugierte Doppelbindungen enthalten. Bevorzugter Elektronenakzeptor ist das Cyano-Radikal und bevorzugter Elektronendonor ist die p-Dimethylaminophenyl-Gruppe. Das Produkt µ×β ist nur 1,9fach größer als in DANS.Since compounds with large dipole moments and at the same time high values for β are of interest, NLO-active compounds have already been investigated, the Chromophore consists of a conjugated π system, the ends of which with a Electron acceptor and an electron donor are provided. Known Connections are e.g. B. 4-dimethylamino-4'-nitrostilbene (DANS) and 2-methyl-4- Nitroaniline (MNA). From European patent applications EP 0 364 313 and 0 390 655 NLO-active compounds are known which differ from one  Derive cyclohexenone and contain 3 or 4 conjugated double bonds. The preferred electron acceptor is the cyano radical and is more preferred The electron donor is the p-dimethylaminophenyl group. The product µ × β is only 1.9 times larger than in DANS.

Die NLO-Eigenschaften der offenbarten Verbindungen sind jedoch noch nicht ausreichend, um z. B. gepolte Polymere mit einem befriedigenden elektrooptischen Koeffizienten (r< 60 pm) zu erreichen.However, the NLO properties of the disclosed compounds are not yet sufficient to e.g. B. Poled polymers with a satisfactory electro-optical To achieve coefficients (r <60 pm).

Es bestand daher die Aufgabe, neue organische NLO-aktive Verbindungen bereitzustellen, die noch höhere Werte für das Produkt µ×β aufweisen. Eine weitere Aufgabe betrifft die Bereitstellung von Verbindungen, die in Vorrichtungen zur Frequenzverdopplung oder zur Modulation von Licht verwendet werden können.The task was therefore to create new organic NLO-active compounds to provide that have even higher values for the product µ × β. Another Task relates to the provision of connections in devices for Frequency doubling or can be used to modulate light.

Gegenstand der Erfindung sind Verbindungen der allgemeinen Formel IThe invention relates to compounds of general formula I.

worinwherein

R1 und R2 unabhängig voneinander H oder C1-C4-Alkyl,
R3 und R4 C1-C4-Alkyl oder Wasserstoff,
A und A1 unabhängig voneinander NO2, CN, Halogen, CF3, COOR5, CONR2 6 SO2R7, oder
einer der Reste A und A1 auch Wasserstoff, -CO2(CH2)x ZH, SO3R5, SOR7, SO2NR2 6 oder S(NSO2CF3)CF3,
x 2, 3, 4 oder 5,
Z O, S oder NH,
R5 C1-C4-Alkyl,
R6 C1-C4-Alkyl oder Wasserstoff,
R7 C1-C4-Alkyl oder C1-C4-Perfluoralkyl oder einen gegebenenfalls substituierten Phenylrest,
D NR2 8, OR8, SR8,
R8 C1-C22-Alkyl, das auch durch eine endständige Hydroxyl-, Thiol- oder primäre oder sekundäre Aminogruppe substituiert sein kann, oder die Gruppe H(OCH2CH2)m,
Q einen (n+1)-wertigen Rest, der sich von einem aromatischen carbocyclischen oder heterocyclischen Ringsystem mit bis zu drei Ringen ableitet,
p 0 oder 1,
n 1, 2 oder 3 und
m 1, 2, 3, 4, 5 oder 6
R 1 and R 2 independently of one another are H or C 1 -C 4 alkyl,
R 3 and R 4 are C 1 -C 4 alkyl or hydrogen,
A and A 1 independently of one another NO 2 , CN, halogen, CF 3 , COOR 5 , CONR 2 6 SO 2 R 7 , or
one of the radicals A and A 1 is also hydrogen, -CO 2 (CH 2 ) x ZH, SO 3 R 5 , SOR 7 , SO 2 NR 2 6 or S (NSO 2 CF 3 ) CF 3 ,
x 2, 3, 4 or 5,
ZO, S or NH,
R 5 C 1 -C 4 alkyl,
R 6 C 1 -C 4 alkyl or hydrogen,
R 7 C 1 -C 4 alkyl or C 1 -C 4 perfluoroalkyl or an optionally substituted phenyl radical,
D NR 2 8 , OR 8 , SR 8 ,
R 8 is C 1 -C 22 alkyl, which can also be substituted by a terminal hydroxyl, thiol or primary or secondary amino group, or the group H (OCH 2 CH 2 ) m ,
Q is an (n + 1) -valent radical which is derived from an aromatic carbocyclic or heterocyclic ring system with up to three rings,
p 0 or 1,
n 1, 2 or 3 and
m 1, 2, 3, 4, 5 or 6

bedeutet.means.

Die Reste D wirken als Elektronendonor und mindestens einer der Reste A und A1 wirkt als Elektronenakzeptor. Falls einer der Reste A und A1 für die Gruppe CO2(CH2)xZH steht, ist vorzugsweise der Rest R8 ein C1-C22-Alkylrest.The residues D act as an electron donor and at least one of the residues A and A 1 acts as an electron acceptor. If one of the radicals A and A 1 represents the group CO 2 (CH 2 ) x ZH, the radical R 8 is preferably a C 1 -C 22 alkyl radical.

Der Rest Q wirkt als eine Brücke für π-Elektronen. Beispiele für carbocyclische Ringsysteme sind Benzol, Naphthalin, Anthrazen. Beispiele für ein heterocyclisches Ringsystem, von dem sich der Rest Q ableitet, sind Pyrrol, Furan, Thiophen, Imidazol, Pyrazol, Oxazol, Thiazol, Pyridin, Pyrimidin, Triazin, Chinolin, Isochinolin, Chinoxalin, Indol, Benzimidazol und Benzthiazol.The rest Q acts as a bridge for π electrons. Examples of carbocyclic Ring systems are benzene, naphthalene, anthracene. Examples of a heterocyclic Ring system from which the rest Q is derived are pyrrole, furan, thiophene, Imidazole, pyrazole, oxazole, thiazole, pyridine, pyrimidine, triazine, quinoline, isoquinoline, Quinoxaline, indole, benzimidazole and benzothiazole.

Der Rest Q kann 1, 2 oder 3 Reste D, beispielsweise drei Methoxyreste, tragen. Vorzugsweise steht D für die Dimethylamino-, Methoxy- oder Methylthio-Gruppe.The radical Q can carry 1, 2 or 3 radicals D, for example three methoxy radicals. D is preferably the dimethylamino, methoxy or methylthio group.

Vorzugsweise leitet sich Q von Benzol oder Thiophen ab. In beiden Fällen steht vorzugsweise
D für H-Z-(CH2)x-Y-
Z für O, NR9, S
x für eine Zahl von 1 bis 18
Y für O, S, NR10 und
R9, R10 unabhängig voneinander für C1-C4-Alkyl oder Wasserstoff.
Q is preferably derived from benzene or thiophene. In both cases it is preferred
D for HZ- (CH 2 ) x -Y-
Z for O, NR 9 , S
x for a number from 1 to 18
Y for O, S, NR 10 and
R 9 , R 10 independently of one another for C 1 -C 4 alkyl or hydrogen.

Diese Verbindungen sind nicht nur NLO-aktiv, sondern sie besitzen auch eine funktionelle Gruppe HZ- mit der Möglichkeit der Umsetzung mit anderen niedermolekularen oder hochmolekularen Verbindungen, die selbst NLO-inaktiv sind. Besonders bevorzugt sind reaktive Verbindungen, in denen Z für Sauerstoff und Y für Sauerstoff oder für NCH3 steht.These compounds are not only NLO-active, but they also have a functional group HZ- with the possibility of reaction with other low-molecular or high-molecular compounds which are themselves NLO-inactive. Reactive compounds in which Z is oxygen and Y is oxygen or NCH 3 are particularly preferred.

Verbindungen der allgemeinen Formel I, in denen D für NR8R10, OR8 oder SR8, R10 für C1-C4-Alkyl oder H und R8 für C16-C22-Alkyl steht, enthalten eine langkettige Alkylgruppe sowie mindestens eine polare Gruppe A oder A1. Sie verhalten sich daher amphiphil und können nach dem Verfahren von Langmuir-Blodgett in Form von monomolekularen Schichten oder Multischichten auf Trägern angeordnet werden.Compounds of the general formula I in which D is NR 8 R 10 , OR 8 or SR 8 , R 10 is C 1 -C 4 -alkyl or H and R 8 is C 16 -C 22 -alkyl contain a long-chain alkyl group and at least one polar group A or A 1 . They therefore behave amphiphilically and can be arranged on supports by the Langmuir-Blodgett method in the form of monomolecular layers or multilayers.

Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Schichtelement, das mindestens eine aus einer Verbindung der Formel I bestehende monomolekulare Schicht enthält. Vorzugsweise enthalten die Schichtelemente mindestens zwei monomolekulare Schichten, der erfindungsgemäßen amphiphilen Verbindungen auf einem Träger. Für Zwecke der nichtlinearen Optik ist es vorteilhaft, wenn die Schichtdicke mindestens 0,1 µm beträgt, da z. B. konventionelle Lichtwellenleiter mit sehr dünnen Schichtdicken nicht möglich sind. Die Dicke einer einzigen Monoschicht liegt größenordnungsmäßig bei 3 nm.The invention therefore also relates to a layer element which has at least one contains a monomolecular layer consisting of a compound of formula I. The layer elements preferably contain at least two monomolecular elements Layers of the amphiphilic compounds according to the invention on a support. For purposes of nonlinear optics, it is advantageous if the layer thickness is at least 0.1 microns because z. B. conventional optical fiber with very thin Layer thicknesses are not possible. The thickness of a single monolayer is in the order of magnitude at 3 nm.

Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Schichtelementen mit Langmuir-Blodgett- Filmen werden die amphiphilen Verbindungen in einem hochflüchtigen Lösungsmittel auf eine saubere Wasseroberfläche gebracht (gespreitet). Aus der Abmessung der Oberfläche, dem Spreitvolumen und der Konzentration der Lösung läßt sich die mittlere Fläche pro Molekül berechnen. Phasenübergänge bei der Kompression der Moleküle lassen sich in der Schub-Flächen-Isotherme verfolgen. For the production of layer elements according to the invention with Langmuir-Blodgett The amphiphilic compounds are filmed in a highly volatile film Bring solvent to a clean water surface (spread). From the Dimension of the surface, the spreading volume and the concentration of the solution the average area per molecule can be calculated. Phase transitions at Compression of the molecules can be followed in the shear surface isotherm.  

Die Moleküle werden mit einer Barriere oder durch andere Techniken, z. B. Benutzung hydrodynamischer Kräfte, zusammengeschoben, wobei die Ketten bei wachsender Dichte im wesentlichen senkrecht zur Grenzschicht orientiert werden. Während der Kompression entsteht durch Selbstorganisation der Moleküle in der Grenzschicht ein hochgeordneter, monomolekularer Film, dessen konstante Schichtdicke durch die Kettenlänge der Moleküle bestimmt wird. Die typische Dicke eines solchen Films liegt zwischen 2 und 3 nm.The molecules are protected with a barrier or by other techniques, e.g. B. Using hydrodynamic forces, pushed together, the chains at increasing density can be oriented essentially perpendicular to the boundary layer. During the compression, self-assembly of the molecules in the Boundary layer is a highly ordered, monomolecular film whose constant Layer thickness is determined by the chain length of the molecules. The typical thickness such a film is between 2 and 3 nm.

Die Erfindung betrifft ferner ein Polymer, in dem in der Hauptkette oder in den Seitenketten der Tetrahydro-naphthalen-Rest enthalten ist. Das Polymer läßt sich auf einen Träger als dünne Schicht aufschleudern. Man kann anschließend bis in die Nähe der Glastemperatur des Polymeren aufheizen und bei dieser Temperatur ein starkes Spannungsfeld (ca. 150 V/µm) anlegen, durch das die polaren Chromophore mindestens teilweise ausgerichtet werden. Bei langsamer Abkühlung der Schicht unter Beibehaltung der Spannung gelingt es, die Orientierung der Chromophore weitgehend einzufrieren. Durch die kovalente Bindung der NLO- aktiven Chromophoren in den gepolten Polymeren wird die Ordnung der Chromophoren stabilisiert und die Einbringung eines relativ hohen Anteils an Chromophoren in das Polymer ermöglicht.The invention further relates to a polymer in which in the main chain or in the Side chains containing the tetrahydro-naphthalene residue. The polymer can be spin onto a carrier as a thin layer. You can then in heat the proximity of the glass temperature of the polymer and at that temperature create a strong voltage field (approx. 150 V / µm) through which the polar Chromophores are at least partially aligned. With slow cooling the layer while maintaining the tension manages the orientation of the Freeze chromophores to a large extent. Due to the covalent bond of the NLO active chromophores in the poled polymers will change the order of the Chromophores stabilized and the introduction of a relatively high proportion Allows chromophores in the polymer.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Polymere mindestens 10 Gew.-% des Restes EThe polymers according to the invention preferably contain at least 10% by weight. the rest E

wobei R1, R2, R3, R4, A und A1 die für Formel I angegebene Bedeutung aufweisen,
Z für O, N R9 oder S,
x für eine Zahl von 1 bis 18,
Y für O, S, N R10 steht und
R9 und R10 unabhängig voneinander C1-C4-Alkyl oder Wasserstoff bedeuten.
where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , A and A 1 have the meaning given for formula I,
Z for O, NR 9 or S,
x for a number from 1 to 18,
Y stands for O, S, NR 10 and
R 9 and R 10 independently of one another are C 1 -C 4 alkyl or hydrogen.

Vorzugsweise leitet sich die Hauptkette des erfindungsgemäßen Polymers von Poly- Acrylsäure ab und die Seitenketten enthalten den Rest E. Man kann zur Herstellung der Polymere ein aktiviertes Derivat, wie beispielsweise ein Säurechlorid der Polysäure mit einer reaktiven Verbindung der allgemeinen Formel I umsetzen, in der D für H-Z-(CH2)x-Y- oder A für CO2(CH2)xZH (wobei x und Z die in Formel I angegebene Bedeutung besitzt) steht. Man kann auch ein niedermolekulares Acrylsäurederivat, das den Rest E enthält, - gegebenenfalls in Anwesenheit anderer Monomere - polymerisieren. Dabei kann allerdings, je nach der Natur der vorhandenen Substituenten, die Polymerisation erschwert sein. Als Comonomere kommen insbesondere Alkylester der Methacrylsäure und Acrylsäure in Betracht.The main chain of the polymer according to the invention is preferably derived from polyacrylic acid and the side chains contain the remainder E. To produce the polymers, an activated derivative, such as, for example, an acid chloride of polyacid, can be reacted with a reactive compound of the general formula I in which D represents HZ- (CH 2 ) x -Y- or A represents CO 2 (CH 2 ) x ZH (where x and Z have the meaning given in formula I). It is also possible to polymerize a low molecular weight acrylic acid derivative which contains the radical E, optionally in the presence of other monomers. However, depending on the nature of the substituents present, the polymerization can be difficult. Particularly suitable comonomers are alkyl esters of methacrylic acid and acrylic acid.

Nach dieser Methode lassen sich Homopolymere oder Copolymere der allgemeinen Formel II herstellenThis method can be used to make homopolymers or copolymers produce general formula II

wobei
R11 und R13 unabhängig voneinander für H, CH3, Cl, F oder CF3
G für CO2R12, CONHR12, CONR2 12 oder -CN
R12 für H oder C1-C10-Alkyl steht und
E die oben angegebene Bedeutung besitzt.
in which
R 11 and R 13 independently of one another for H, CH 3 , Cl, F or CF 3
G for CO 2 R 12 , CONHR 12 , CONR 2 12 or -CN
R 12 represents H or C 1 -C 10 alkyl and
E has the meaning given above.

Durch Reaktion von Verbindungen der Formel I, in der D einen Bis(ω- hydroxyalkyl)amino-Rest trägt, mit einem Arylen- oder Alkylendiisocyanat entstehen Polyurethane mit der StruktureinheitBy reaction of compounds of the formula I in which D is a bis (ω- hydroxyalkyl) amino residue, with an arylene or alkylene diisocyanate Polyurethane with the structural unit

Durch Aufbringen der erfindungsgemäßen Materialien auf ein Substrat in gelöster oder flüssiger Form durch beispielsweise Bestreichen, Bedrucken, Tauchen oder Aufschleudern werden nichtlinear optische Anordnungen erhalten, wenn die Materialien amphiphile Eigenschaften aufweisen oder starke Wechselwirkung (Physisorption, Chemisorption) mit der Substratoberfläche eingehen. Die Verbindungen der Formel I können weiterhin auch als Einkristalle oder als Kristallpulver, eingebaut in Clathraten oder gelöst in Polymeren ihre NLO- Eigenschaften zur Ausnutzung bringen.By applying the materials according to the invention to a substrate in solution or liquid form by, for example, painting, printing, dipping or Spin-on nonlinear optical arrangements are obtained when the Materials have amphiphilic properties or strong interaction (Physisorption, chemisorption) with the substrate surface. The Compounds of the formula I can also be used as single crystals or as Crystal powder, incorporated in clathrates or dissolved in polymers, their NLO Make use of properties.

Die erfindungsgemäßen Materialien können nach Standardverfahren der organischen Chemie hergestellt werden.The materials according to the invention can according to standard methods of organic chemistry.

Die Reaktionsbedingungen können den Standardwerken der präparativen organischen Chemie entnommen werden, z. B. Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.The reaction conditions can be the standard works of the preparative are taken from organic chemistry, e.g. B. Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.

So können die besagten Verbindungen, in denen A = A1 =-CN ist, hergestellt werden, indem Dimethyl-tetrahydronaphthalenon (US-PS 3217717) mit Malodinitril und einem Aldehyd R-CHO in an sich bekannter Weise kondensiert werden. Die Reaktion verläuft gemäß folgender Gleichung:Said compounds, in which A = A 1 = -CN, can be prepared by condensing dimethyl tetrahydronaphthalenone (US Pat. No. 3,217,717) with malodinitrile and an aldehyde R-CHO in a manner known per se. The reaction proceeds according to the following equation:

Ketone geben eine analoge Umsetzung. Die Kondensation wird vorteilhafterweise unter Zusatz eines wasserentziehenden Mittels wie beispielsweise Acetanhydrid, einer Base wie Ethylamin, Piperidin, Pyridin oder eines Salzes wie Ammoniumacetat oder Piperidiniumacetat in einem Lösungsmittel wie Dimethylformamid durchgeführt. Um die Beendigung der Reaktion festzustellen und die Ausbeuten zu verbessern, erweist sich der Zusatz eines inerten Lösungsmittels wie z. B. Toluol in Verbindung mit Erhitzung am Wasserabscheider als vorteilhaft.Ketones give an analogous implementation. The condensation is advantageous with the addition of a dehydrating agent such as acetic anhydride, a base such as ethylamine, piperidine, pyridine or a salt such as ammonium acetate or piperidinium acetate in a solvent such as dimethylformamide. To determine the completion of the reaction and improve the yields, the addition of an inert solvent such as. B. toluene in connection with heating on the water separator as advantageous.

Falls die Reste R1 und R2 beides Alkylreste sind, werden aus Gründen der leichteren Herstellbarkeit Verbindungen der allgemeinen Formel Ill bevorzugt, in denen sich die Reste R1 und R2 am gleichen Kohlenstoffatom befindenIf the radicals R 1 and R 2 are both alkyl radicals, compounds of the general formula III in which the radicals R 1 and R 2 are on the same carbon atom are preferred for reasons of ease of preparation

Leicht zugänglich sind auch Verbindungen in denen R1 und R2 Wasserstoff sind.Compounds in which R 1 and R 2 are hydrogen are also easily accessible.

Verbindungen, in denen Q ein Phenylenrest ist und p = 1, die also zwei konjugierte Vinylgruppen außerhalb des Ringsystems aufweisen, lassen sich herstellen durch Kondensation des entsprechenden substituierten Zimtaldehyds (z. B. p-Dimethylamino-zimtaldehyd) mit einem 4,4,7-Trimethyl-tetrahydronaphthalen- Derivat. Verbindungen, in denen p = 0 ist, lassen sich herstellen, wenn man ausgeht von einer Verbindung, die eine Aldehydgruppe gebunden am cyclischen System Q enthält.Compounds in which Q is a phenylene radical and p = 1, that is to say two conjugated Having vinyl groups outside the ring system can be produced by Condensation of the corresponding substituted cinnamaldehyde (e.g. p-dimethylamino-cinnamaldehyde) with a 4,4,7-trimethyl-tetrahydronaphthalene Derivative. Connections in which p = 0 can be established if one starts from a compound that has an aldehyde group attached to the cyclic System Q contains.

Als Träger sind Festkörper mit sauberen Oberflächen geeignet, wie beispielsweise Glas, Keramik- oder Metallplatten, Kunststoffschichten aus beispielsweise PMMA, Polystyrol, Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen oder Polytetrafluorethylen, oder Metallschichten auf den genannten Substraten. Solid bodies with clean surfaces are suitable as supports, for example Glass, ceramic or metal plates, plastic layers made of PMMA, for example, Polystyrene, polycarbonate, polyethylene, polypropylene or polytetrafluoroethylene, or Metal layers on the substrates mentioned.  

Um den Wert der Suszeptibilität 2. Ordnung (X(2)) in Langmuir-Blodgett-Filmen experimentell zu bestimmen, kann man das Phänomen der optischen Frequenzverdopplung verwenden, bei der in einer aktiven Substanz ein Laserstrahl mit Frequenz ω in einen Strahl mit Frequenz 2ω umgewandelt wird. Dabei wächst die Intensität der erzeugten Oberwelle bei 2ω quadratisch mit der Einfallsintensität des Fundamentalstrahls bei ω. Am häufigsten wird die Methode der sogenannten "Maker-Fringes" angewendet, die hier kurz beschrieben wird.To experimentally determine the value of 2nd order susceptibility (X (2) ) in Langmuir-Blodgett films, one can use the phenomenon of optical frequency doubling, in which in an active substance a laser beam with frequency ω is converted into a beam with frequency 2ω is converted. The intensity of the harmonic generated at 2ω increases quadratically with the incident intensity of the fundamental beam at ω. The so-called "maker fringes" method is used most frequently and is briefly described here.

Als Quelle der elektromagnetischen Welle bei der Kreisfrequenz ω wird typischerweise ein Nd:YAG Laser benutzt, der einen kurzen (typischerweise 30 ps- 30 ns) Lichtimpuls erzeugt. Der Lichtimpuls wird durch einen Strahlenteiler in zwei Strahlen in einem Probekanal und einem Referenzkanal geteilt. Im Probekanal wird das zu vermessende Schichtsystem auf einen Drehtisch montiert. Ein kleiner Teil des einfallenden Strahls wird vom NLO-aktiven System in einen Strahl der verdoppelten Frequenz umgewandelt. Die Intensität der harmonischen Welle wird von einem Photomultiplier gemessen, von einer Datenerfassungselektronik und einem Steuerrechner als Funktion des Einfallswinkels erfaßt und über mehrere Schüsse pro Winkel gemittelt. Polarisationselemente und Filter sorgen dafür, daß nur die in der Probe erzeugte harmonische Welle bei kontrollierten Polarisationsbedingungen gemessen wird.The source of the electromagnetic wave at the angular frequency is ω typically uses a Nd: YAG laser that uses a short (typically 30 ps- 30 ns) light pulse generated. The light pulse is divided into two by a beam splitter Beams divided into a sample channel and a reference channel. In the test channel the layer system to be measured is mounted on a turntable. A small part of the incident beam is converted into a beam by the NLO active system doubled frequency converted. The intensity of the harmonic wave will measured by a photomultiplier, by data acquisition electronics and a control computer recorded as a function of the angle of incidence and over several Shots averaged per angle. Polarization elements and filters ensure that only the harmonic wave generated in the sample at controlled Polarization conditions is measured.

Im Referenzkanal wird ebenfalls eine NLO-aktive Substanz, z. B. pulverförmiges 2- Methyl-4-nitroanilin, montiert; sie dient dazu, die durch Schwankungen der Energie und der zeitlichen und räumlichen Strahlprofile verursachte Streuung der gemessenen Intensität auszugleichen. Im Probekanal wird anschließend eine geeichte Probe gemessen, z. B. ein Quarzkristall, dessen Suszeptibilität ca. 1 pm/V beträgt. Aus der Winkelabhängigkeit der harmonischen Intensität und deren Wert im Vergleich zur Intensität der geeichten Probe kann die NLO-Suszeptibilität sowie Information zur Ausrichtung der Chromophore gewonnen werden.An NLO-active substance, e.g. B. powdered 2- Methyl 4-nitroaniline, assembled; it is used by fluctuations in energy and the temporal and spatial beam profiles caused scattering of the equalize measured intensity. Then a calibrated sample measured, e.g. B. a quartz crystal, the susceptibility about 1 pm / V is. From the angular dependence of the harmonic intensity and its value compared to the intensity of the calibrated sample, the NLO susceptibility as well Information on the alignment of the chromophores can be obtained.

Die NLO-Aktivität eines Kristalls, insbesondere bestehend aus einer erfindungsgemäßen Verbindung, kann durch das sogenannte Kurtz-Pulververfahren untersucht werden. Die zu untersuchende Verbindung wird in einem Mörser zerkleinert und in einer ca. 0.2 mm dicken Schicht zwischen zwei Objektgläsern festgehalten. Mit einer Referenzprobe (z. B. 2-Methyl-4-nitroanilin) wird ähnlich verfahren. Die Proben werden mit einem gepulsten Nd:YAG-Laser bestrahlt und die Intensität des vorwärts gestreuten Lichts mit der verdoppelten Frequenz wird von einem Photomultiplier für Probe und Referenz gemessen.The NLO activity of a crystal, in particular consisting of one compound according to the invention can by the so-called Kurtz powder process  to be examined. The compound to be examined is in a mortar crushed and in an approx. 0.2 mm thick layer between two object glasses captured. With a reference sample (e.g. 2-methyl-4-nitroaniline) it is similar method. The samples are irradiated with a pulsed Nd: YAG laser and the Intensity of the forward scattered light with the doubled frequency is from measured with a photomultiplier for sample and reference.

Die molekulare Hyperpolarisierbarkeit β kann bei Donor-Akzeptor-Systemen durch Bestimmung der integrierten Stärke der Absorptionsbande und der Verschiebung des Absorptionsmaximums in verschiedenen Lösungsmitteln abgeschätzt werden. Basis dieser Methode ist die Annahme, daß die optische Nichtlinearität von der Ladungsverschiebung zwischen Grundzustand und dem ersten elektronisch angeregten Zustand dominiert wird. In diesem Fall ist β proportional zum Übergangsmoment für die Absorption niedrigster Energie, das durch Messung der integrierten Bandenstärke bestimmt werden kann. Die Hyperpolarisierbarkeit ist auch proportional zum Unterschied zwischen den Dipolmomenten der zwei Zustände. Dieser Unterschied kann durch die Verschiebung der Absorptionswellenlänge zwischen zwei Lösungsmitteln mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten abgeschätzt werden.The molecular hyperpolarizability β can be achieved in donor-acceptor systems Determination of the integrated strength of the absorption band and the shift of the absorption maximum can be estimated in different solvents. This method is based on the assumption that the optical nonlinearity of the Charge shift between ground state and the first electronically excited state is dominated. In this case, β is proportional to Transition moment for the lowest energy absorption, which is measured by the integrated band strength can be determined. The hyperpolarizability is also proportional to the difference between the dipole moments of the two Conditions. This difference can be caused by the shift of the Absorption wavelength between two solvents with different Dielectric constants can be estimated.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen erlauben es, insbesondere wenn sie als gepolte Polymere oder Langmuir-Blodgett-Film in einem Schichtelement oder in Form eines nichtzentrosymmetrischen Kristalls vorliegen, ein optisches System mit guten nichtlinear-optischen Eigenschaften herzustellen. Solche Systeme sind beispielsweise für elektrooptische Schalter, Diodenlaserfrequenzverdoppler oder optische parametrische Verstärker (z. B. als sogenannte Auffrischer schwacher Lichtsignale in optischen Signalübertragungsnetzen) geeignet.The compounds according to the invention make it possible, in particular if they are used as Poled polymers or Langmuir-Blodgett film in a layer element or in Form of a non-centrosymmetric crystal, an optical system with good non-linear optical properties. Such systems are for example for electro-optical switches, diode laser frequency doublers or optical parametric amplifiers (e.g. weaker as so-called refreshers Light signals in optical signal transmission networks).

Die erfindungsgemäßen Materialien eignen sich u. a. zur Verwendung in optischen Bauelementen. Insbesondere Polymere können selbst als Wellenleiter hergestellt werden. Sie eignen sich beispielsweise als Komponenten auf dem Gebiet der integrierten Optik, der Sensor- und Nachrichtentechnik, zur Frequenzverdopplung von Laserlicht, zur Herstellung von Richtkopplern, Schaltelementen, Modulatoren, para-metrischen Verstärkern.The materials of the invention are u. a. for use in optical Components. In particular, polymers can themselves be produced as waveguides become. They are suitable, for example, as components in the field of integrated optics, sensor and communication technology, for frequency doubling  of laser light, for the production of directional couplers, switching elements, modulators, para-metric amplifiers.

Die nachfolgenden Figuren erläutern den prinzipiellen Aufbau eines entsprechenden Bauelements.The following figures explain the basic structure of a corresponding one Component.

Fig. 1 stellt ein Bauelement (100) zur Frequenzverdopplung einer Lichtwelle dar. Fig. 1 illustrates a device (100) for frequency doubling is a light wave.

Zwischen einem Substrat (Schichtträger) 104 und einer Deckschicht 105 ist die NLO-aktive Schicht 103 eingebettet. Der Brechungsindex von (103) und (105) soll niedriger sein als von 104, damit Totalreflexion möglich ist.The NLO-active layer 103 is embedded between a substrate (layer support) 104 and a cover layer 105 . The refractive index of (103) and (105) should be lower than that of 104 so that total reflection is possible.

Das Licht 101 wird durch die Stirnseite 102 der Schicht 103 oder durch ein Prisma 108 oder ein Gitter (nicht gezeichnet) eingekoppelt. Die Deckschicht (105) dient nur dem Schutz der aktiven Schicht und kann auch weggelassen werden. Die aktive Schicht 103 kann auch lateral strukturiert werden, damit das Licht in zwei Dimensionen (senkrecht und parallel zur Schichtebene) geführt wird.The light 101 is coupled in through the end face 102 of the layer 103 or through a prism 108 or a grating (not shown). The cover layer ( 105 ) only serves to protect the active layer and can also be omitted. The active layer 103 can also be structured laterally so that the light is guided in two dimensions (perpendicular and parallel to the layer plane).

Die aktive Schicht enthält eine erfindungsgemäße Verbindung, die vorzugsweise eine hohe (über 10-8 esu) optische Suszeptibilität 2. Ordnung aufweist. Falls Dicke und Breite der Schicht 103 und Brechungsindex des Substrats (104) in richtigem Verhältnis zur Wellenlänge des einfallenden Lichts stehen, kann erreicht werden, daß die Phasengeschwindigkeit der eingekoppelten Grundwelle der der 2. harmonischen Welle entspricht. Dann wird in (103) besonders viel Licht der doppelten Frequenz erzeugt. Der Lichtstrahl (106) verläßt die NLO-aktive Schicht an der anderen Stirnseite (107) oder über ein Prisma (109) oder ein (nicht gezeichnetes) Gitter. Durch Filter kann aus (106) das Licht der eingestrahlten Wellenlänge entfernt werden.The active layer contains a compound according to the invention, which preferably has a high (above 10 -8 esu) second order optical susceptibility. If the thickness and width of the layer 103 and the refractive index of the substrate ( 104 ) are correctly proportional to the wavelength of the incident light, it can be achieved that the phase velocity of the coupled fundamental wave corresponds to that of the second harmonic wave. Then a lot of light of twice the frequency is generated in ( 103 ). The light beam ( 106 ) leaves the NLO-active layer on the other end face ( 107 ) or via a prism ( 109 ) or a grating (not shown). The light of the incident wavelength can be removed from filters by ( 106 ).

In einer alternativen Ausführung (nicht gezeichnet) wird der Wellenleiter so konstruiert, daß die eingekoppelte Grundwelle im Wellenleiter geführt wird, die harmonische Welle aber nach dem sogenannten Tscherenkow-Prinzip in das Substrat ausgekoppelt wird und dieses an dessen Stirnseite verläßt. In an alternative embodiment (not shown) the waveguide is like this constructed that the coupled fundamental wave is guided in the waveguide, the harmonic wave but according to the so-called Cherenkov principle in that Substrate is decoupled and this leaves at its end face.  

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführung zu diesem Bauelement mit Substrat 204 und Deckschicht 205 gezeichnet. Der einfallende Lichtstrahl 201 dringt durch die Stirnseite 202 analog ein. Der Lichtstrahl mit zusätzlicher Frequenz (206) verläßt das Bauelement durch Stirnseite 207. Der Wellenleiter setzt sich diesmal aus einer NLO- inaktiven Schicht (203) mit hohem Brechungsindex und einer NLO-aktiven Schicht 208 zusammen, die die erfindungsgemäße Verbindung, insbesondere in Form einer LB-Multischicht oder eines gepolten Polymers, enthält.An alternative embodiment to this component with substrate 204 and cover layer 205 is drawn in FIG. 2. The incident light beam 201 penetrates through the face 202 analogously. The light beam with additional frequency ( 206 ) leaves the component through the end face 207 . This time, the waveguide is composed of an NLO-inactive layer ( 203 ) with a high refractive index and an NLO-active layer 208 which contains the compound according to the invention, in particular in the form of an LB multilayer or a poled polymer.

In Fig. 3a und 3b ist ein Bauelement 300 dargestellt, mit dessen Hilfe man eine Lichtwelle modulieren kann. Das einfallende Licht 301 wird über die Stirnfläche 302, ein Prisma (nicht gezeichnet) oder ein Gitter (nicht gezeichnet) in die aktive Wellenleiterschicht 303 eingekoppelt. Die Schicht 303 ist als Mach-Zehnder- Interferometer lateral strukturiert.A component 300 is shown in FIGS . 3a and 3b, with the aid of which a light wave can be modulated. The incident light 301 is coupled into the active waveguide layer 303 via the end face 302 , a prism (not shown) or a grating (not shown). Layer 303 is laterally structured as a Mach-Zehnder interferometer.

Gemäß Fig. 3a sind zwei Elektroden (304) auf beiden Seiten des Wellenleiters 303 aufgebracht. Gemäß Fig. 3b sind die Elektroden 304 unterhalb und oberhalb eines Armes des Interferometers untergebracht.According to Fig. 3a two electrodes (304) are applied to both sides of the waveguide 303rd Referring to FIG. 3b, the electrodes are housed 304 above and below an arm of the interferometer.

Wenn an die Elektroden 304 eine Spannung angelegt wird, ändert sich infolge des linearen elektrooptischen Effekts der Brechungsindex in 303 und damit die Phasengeschwindigkeit des Lichts in dem betreffenden Arm des Interferometers. Dabei kommt es zu einer additiven oder subtraktiven Überlagerung von ursprünglicher Welle und geänderter Welle und zu einer Modulation der Intensität des Lichtes, das über die Stirnfläche 307 ausgekoppelt wird. Da die meisten erfindungsgemäßen Verbindungen der allgemeinen Formeln I, II oder III eine kräftige Eigenfarbe haben, eignen sie sich gut für einen solchen Lichtmodulator.When a voltage is applied to the electrodes 304 , the refractive index changes in 303 due to the linear electro-optical effect and thus the phase velocity of the light in the relevant arm of the interferometer. This results in an additive or subtractive superposition of the original wave and the changed wave and a modulation of the intensity of the light, which is coupled out via the end face 307 . Since most of the compounds of general formulas I, II or III according to the invention have a strong inherent color, they are well suited for such a light modulator.

In Fig. 4 ist ein Bauelement 400 dargestellt, bei dem es zur Wechselwirkung zwischen einem ersten Lichtstrahl der Frequenz ω1 und einem zweiten Lichtstrahl der Frequenz ω2 kommt. Dabei entsteht Licht, dessen Frequenz der Summe und der Differenz von ω3 und ω4 entspricht. Die Strahlen der Frequenzen ω1 (401) und ω2 (402) werden über die Stirnfläche 403 oder über ein Prisma (nicht gezeichnet) oder ein Gitter (nicht gezeichnet) in eine Wellenleiterstruktur 404 eingekoppelt, die auf dem Substrat 408 angeordnet ist. Die Wellenleiterstruktur 404 kann mit einer Schutzschicht 409 bedeckt sein. FIG. 4 shows a component 400 in which there is an interaction between a first light beam of frequency ω1 and a second light beam of frequency ω2. This creates light, the frequency of which corresponds to the sum and difference of ω3 and ω4. The beams of the frequencies ω1 ( 401 ) and ω2 ( 402 ) are coupled via the end face 403 or via a prism (not shown) or a grating (not shown) into a waveguide structure 404 which is arranged on the substrate 408 . The waveguide structure 404 can be covered with a protective layer 409 .

Die aktive Schicht 404 mit Wellenleiterfunktion kann aus NLO-aktiven LB- Multischichten bestehen (analog Fig. 1); sie kann auch eine zusätzliche NLO- inaktive Schicht mit hohem Brechungsindex (analog Fig. 2) aufweisen.The active layer 404 with waveguide function can consist of NLO-active LB multilayers (analogous to FIG. 1); it can also have an additional NLO-inactive layer with a high refractive index (analogous to FIG. 2).

Die Schicht 404 kann auch lateral strukturiert sein, um einen zweidimensionalen Wellenleiter zu präparieren. Durch die NLO-Wechselwirkung in der Schicht 404 werden die Frequenzen ω1 und ω2 gemischt, d. h. ein Teil der eingekoppelten Intensität wird in Frequenzen umgewandelt, die der Summe sowie der der Differenz der Frequenzen ω1 und ω2 entspricht. Das Licht, das u. a. diese Frequenzen enthält, kann über die Stirnfläche 407 oder über ein Prisma (nicht gezeichnet) oder ein Gitter (nicht gezeichnet) ausgekoppelt werden.The layer 404 can also be structured laterally in order to prepare a two-dimensional waveguide. The NLO interaction in layer 404 mixes the frequencies ω1 and ω2, ie part of the coupled intensity is converted into frequencies which correspond to the sum and the difference between the frequencies ω1 and ω2. The light, which contains these frequencies, among others, can be coupled out via the end face 407 or via a prism (not shown) or a grating (not shown).

Die Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I, in denen A = COOR5 und A1 - SO2R7, ist möglich unter Zugrundelegung der Arbeit von A.R. Duncan et al., Synthesis (1980), 10, 806-807.The preparation of compounds of the general formula I in which A = COOR 5 and A 1 - SO 2 R 7 is possible on the basis of the work of AR Duncan et al., Synthesis (1980), 10, 806-807.

Die Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I, in denen A = NO2 und A1 - COOR5, ist möglich unter Zugrundelegung der Arbeit von W. Lehnert, Tetrahedron, 1972, 28, 663-666.The preparation of compounds of the general formula I in which A = NO 2 and A 1 - COOR 5 is possible on the basis of the work of W. Lehnert, Tetrahedron, 1972, 28, 663-666.

Die Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I, in denen A = COOR5 und A1 = SOR7, ist möglich unter Zugrundelegung der Arbeit von R. Tanikaga et al., J. Chem. Soc., Perkin Trans. I, 1987, N4, 825-830.The preparation of compounds of the general formula I in which A = COOR 5 and A 1 = SOR 7 is possible on the basis of the work of R. Tanikaga et al., J. Chem. Soc., Perkin Trans. I, 1987, N4, 825-830.

Die Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I, in denen A und A1 ausgewählt sind aus CN, CO2R7 und CONH2, ist möglich unter Zugrundelegung der Arbeit von J. Zabricky, J. Chem. Soc. 1901, 683. The preparation of compounds of general formula I, in which A and A 1 are selected from CN, CO 2 R 7 and CONH 2 , is possible on the basis of the work of J. Zabricky, J. Chem. Soc. 1901, 683.

Die Herstellung von Verbindungen der allgemeinen Formel I, in denen A und A1= SO2R7, ist möglich unter Zugrundelegung der Arbeit von M.L. Oftedahl et al., J. Org. Chem. 30 (1965) 296.The preparation of compounds of the general formula I in which A and A 1 = SO 2 R 7 is possible on the basis of the work of ML Oftedahl et al., J. Org. Chem. 30 (1965) 296.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the examples below.

Beispiel 1example 1 2-Dicyanomethylen-7-(4′(N(2-hydroxyethyl)-N-methylamino)-styryl)-4,4--dimethyl-4,4a- 5,6-tetrahydro(3H)naphthalen2-dicyanomethylene-7- (4 ′ (N (2-hydroxyethyl) -N-methylamino) styryl) -4,4 - dimethyl-4,4a- 5,6-tetrahydro (3H) naphthalene

Zu einer Lösung von 1.04 g Malonsäuredinitril und 3 g 4,4,7-Trimethyl-4,4a,5,6- tetrahydro(3H)naphthalenon in Dimethylformamid (25 ml) gibt man Piperidin (0,2 g), konz. Essigsäure (0,05 g) und Acetanhydrid (0,03 g). Die Reaktionsmischung wird unter Stickstoff über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird die Reaktionsmischung 1/2 h bei 80°C gerührt, bevor 2.83 g 4-(N-(2-Hydroxyethyl)-N- methylamino)benzaldehyd zugegeben werden. Anschließend wird das Gemisch 2 h bei 80°C gerührt. Um die Beendigung der Reaktion festzustellen, wird mit Toluol versetzt und am Wasserabscheider erhitzt. Die Toluolmischung wird langsam abdestilliert, während erneut Toluol zur Mischung gegeben wird. Dies wird mehrmals wiederholt. Danach wird die Mischung abgekühlt und das Lösungsmittel im Vakuum abdestilliert. Den Destillationsrückstand rührt man in Wasser und extrahiert mit Dichlormethan extrahiert. Die organische Phase wird mit MgSO4 getrocknet und das Lösungsmittel entfernt. Das Produkt wird durch Mitteldruckflüssigkeitschromatographie (Kieselgel-Säule mit Isohexan: Ethylacetat 1 : 1) gereinigt. Ausbeute 1.25 g (20%).To a solution of 1.04 g of malononitrile and 3 g of 4,4,7-trimethyl-4,4a, 5,6-tetrahydro (3H) naphthalenone in dimethylformamide (25 ml) are added piperidine (0.2 g), conc. Acetic acid (0.05 g) and acetic anhydride (0.03 g). The reaction mixture is stirred under nitrogen overnight at room temperature. The reaction mixture is then stirred at 80 ° C. for 1/2 h before 2.83 g of 4- (N- (2-hydroxyethyl) -N-methylamino) benzaldehyde are added. The mixture is then stirred at 80 ° C. for 2 h. To determine the completion of the reaction, toluene is added and the mixture is heated on a water separator. The toluene mixture is slowly distilled off while toluene is added to the mixture again. This is repeated several times. The mixture is then cooled and the solvent is distilled off in vacuo. The distillation residue is stirred in water and extracted with dichloromethane. The organic phase is dried with MgSO 4 and the solvent is removed. The product is purified by medium pressure liquid chromatography (silica gel column with isohexane: ethyl acetate 1: 1). Yield 1.25 g (20%).

1H-NMR (300 MHz, D-Trichlormethan): 6 (ppm) 0.80 (s, 3H); 1.19 (s, 3H); 2.07 (m, 2H); 2.38 (m, 3H); 2.79 (m, 2H); 3.05 (s, 3H); 3.55 (m, 2H); 3.85 (m,2H); 6.33 (s, 1H); 6,56 (s, 1H); 6,73 (d,1H); 6,75 (d, 2H); 6,83 (d,1H); 7,37 (d, 2H).
MS EI(70 eV): (M⁺) 399  Schmelzpunkt. 187°C
λmax (Acetonitril) = 515 nm Die Verbindungen gemäß Beispiel 2-7 wurden analog der in Beispiel 1 angegebenen Vorschrift hergestellt, wobei im Einzelfall lediglich geringfügige Änderungen der Reaktionsdauer und der Aufarbeitung vorgenommen wurden.
1 H NMR (300 MHz, D-trichloromethane): 6 (ppm) 0.80 (s, 3H); 1.19 (s, 3H); 2.07 (m. 2H); 2.38 (m, 3H); 2.79 (m. 2H); 3.05 (s, 3H); 3.55 (m. 2H); 3.85 (m. 2H); 6.33 (s, 1H); 6.56 (s. 1H); 6.73 (d. 1H); 6.75 (d. 2H); 6.83 (d. 1H); 7.37 (d. 2H).
MS EI (70 eV): (M⁺) 399 melting point. 187 ° C
λmax (acetonitrile) = 515 nm The compounds according to Example 2-7 were prepared analogously to the procedure given in Example 1, with only minor changes being made to the reaction time and working up in individual cases.

Beispiel 2Example 2 2-Dicyanomethylen-7-(5′-Dibutylamino-2′-thienylvinyl)-4,4-dimethyl-4-,4a,5,6- tetrahydro(3H)naphthalen2-dicyanomethylene-7- (5'-dibutylamino-2'-thienylvinyl) -4,4-dimethyl-4-, 4a, 5,6- tetrahydro (3H) naphthalene

1H-NMR (300 MHz, D-Trichlormethan): δ (ppm) 0.96 (t, 6H); 1.26 (s, 6H); 1.36 (m, 4H); 1.64 (m, 4H); 2.29 (m, 3H); 2.42 (m, 2H); 2.74 (m, 2H); 3.29 (t, 4H); 5,72 (d, 1H); 6,23 (s, 1H); 6,28 (s, 1H); 6,48 (d,1H); 6.84 (d,1H); 6.92 (d,1H). λmax (Acetonitril) = 598 nm 1 H NMR (300 MHz, D-trichloromethane): δ (ppm) 0.96 (t, 6H); 1.26 (s, 6H); 1.36 (m, 4H); 1.64 (m, 4H); 2.29 (m, 3H); 2.42 (m, 2H); 2.74 (m, 2H); 3.29 (t, 4H); 5.72 (d, 1H); 6.23 (s, 1H); 6.28 (s. 1H); 6.48 (d. 1H); 6.84 (d, 1H); 6.92 (d, 1H). λmax (acetonitrile) = 598 nm

Beispiel 3Example 3 2-Dicyanomethylen-7-(4′-Methylthiostyryl)-4,4-dimethyl-4,4a,5,6- tetrahydro(3H)naphthalen2-dicyanomethylene-7- (4'-methylthiostyryl) -4,4-dimethyl-4,4a, 5,6- tetrahydro (3H) naphthalene

1H-NMR (300-MHz, D-Trichlormethan): δ (ppm) 0,81 (s, 3H); 1.20 (s, 3H); 2.10 (m, 2H); 2.39 (m, 3H); 2.50 (s, 3H); 2.80 (m, 2H); 6.39 (s, 1H); 6.61 (s, 1H); 6.80 (d, 1H); 6.88 (d,1H); 7.22 (d, 2H); 7.39 (d, 2H). λmax (Acetonitril) = 448 nm  Schmelzpunkt 203°C 1 H NMR (300 MHz, D-trichloromethane): δ (ppm) 0.81 (s, 3H); 1.20 (s, 3H); 2.10 (m, 2H); 2.39 (m, 3H); 2.50 (s, 3H); 2.80 (m. 2H); 6.39 (s, 1H); 6.61 (s, 1H); 6.80 (d. 1H); 6.88 (d. 1H); 7.22 (d, 2H); 7.39 (d, 2H). λmax (acetonitrile) = 448 nm melting point 203 ° C

Beispiel 4Example 4 2-Dicyanomethylen-7-(2′,4′-Dimethoxystyryl)-4,4-dimethyl-4,4a,5,6- tetrahydro(3H)naphthalen2-dicyanomethylene-7- (2 ′, 4′-dimethoxystyryl) -4,4-dimethyl-4,4a, 5,6- tetrahydro (3H) naphthalene

1H-NMR (300-MHz, D-Trichlormethan): δ (ppm) 0.81 (s, 3H); 1.19 (s, 3H); 2.07 (m, 2H); 2.39 (m, 3H); 2.81 (m, 2H); 3.85 (s, 3H); 3.87 (s, 3H); 6.36 (s, 1H); 6.45 (d, 1H); 6.52 (m, 1H); 6.59 (s, 1H); 6.84 (d, 1H); 7,19 (d,1H); 7,48 (d,1H) λmax (Acetonitril) = 453 nm  Schmelzpunkt 197-199°C 1 H NMR (300 MHz, D-trichloromethane): δ (ppm) 0.81 (s, 3H); 1.19 (s, 3H); 2.07 (m. 2H); 2.39 (m, 3H); 2.81 (m, 2H); 3.85 (s, 3H); 3.87 (s, 3H); 6.36 (s, 1H); 6.45 (d, 1H); 6.52 (m, 1H); 6.59 (s, 1H); 6.84 (d, 1H); 7.19 (d. 1H); 7.48 (d, 1H) λmax (acetonitrile) = 453 nm melting point 197-199 ° C

Beispiel 5Example 5 2-Dicyanomethylen-7-(4′-(dimethylaminophenyl)-1′-butadienyl)-4,4-dim-ethyl-4,4a,5,6- tetrahydro(3H)naphthalen2-dicyanomethylene-7- (4 ′ - (dimethylaminophenyl) -1′-butadienyl) -4,4-dimethyl-4,4a, 5,6- tetrahydro (3H) naphthalene

1H-NMR (300-MHz, D-Trichlormethan): δ (ppm) 0.81 (s, 3H); 1.18 (s, 3H); 2.00-2.10 (m, 2H); 2.25-2.47 (m, 3H); 2.69-2.87 (m, 2H); 3.00 (s, 6H); 6.27 (s, 1H); 6.32-6.42 (m, 1H); 6.57 (s, 1H); 6.63-6,80 (m, 5H); 7.34 (d, 2H) λmax (Acetonitril) = 518 nm  Schmelzpunkt 205-206°C 1 H NMR (300 MHz, D-trichloromethane): δ (ppm) 0.81 (s, 3H); 1.18 (s, 3H); 2.00-2.10 (m, 2H); 2.25-2.47 (m, 3H); 2.69-2.87 (m, 2H); 3.00 (s, 6H); 6.27 (s, 1H); 6.32-6.42 (m, 1H); 6.57 (s, 1H); 6.63-6.80 (m, 5H); 7.34 (d, 2H) λmax (acetonitrile) = 518 nm melting point 205-206 ° C

Beispiel 6Example 6 2-Dicyanomethylen-7-(4′-dimethylaminostyryl)-4,4-dimethyl-4,4a,5,6- tetrahydro(3H)naphthalen2-dicyanomethylene-7- (4'-dimethylaminostyryl) -4,4-dimethyl-4,4a, 5,6- tetrahydro (3H) naphthalene

300 MHz 1H-NMR (CDCl3): δ (ppm): 0.80 (s, 3H); 1.26 (s, 3H); 2.07 (m, 2H); 2.38 (m, 3H); 2.79 (m, 2H); 3.02 (s, 6H); 6.30 (s, 1H); 6.56 (s, 1H); 6.67 (d,2H); 6.79 (m, 2H); 7.38 (d, 2H) λmax (Acetonitril) = 508 nm 300 MHz 1 H NMR (CDCl 3 ): δ (ppm): 0.80 (s, 3H); 1.26 (s, 3H); 2.07 (m. 2H); 2.38 (m, 3H); 2.79 (m. 2H); 3.02 (s, 6H); 6.30 (s, 1H); 6.56 (s, 1H); 6.67 (d. 2H); 6.79 (m, 2H); 7.38 (d, 2H) λmax (acetonitrile) = 508 nm

Beispiel 7Example 7 2-Dicyanomethylen-7-(4′-methoxystyryl)-4,4-dimethyl-4,4a,5,6- tetrahydro(3H)naphthalen2-dicyanomethylene-7- (4'-methoxystyryl) -4,4-dimethyl-4,4a, 5,6- tetrahydro (3H) naphthalene

1H-NMR (300 MHz, D-Trichlormethan): δ (ppm) 0,81 (s, 3H); 1.20 (s, 3H); 2.03-2.13 (m, 2H); 2.29-2.49 (m, 3H); 2.70-2.90 (m, 2H); 3.84 (s, 3H); 6.36 (s, 1H); 6.60 (s, 1H); 6.81 (d, 2H); 6.90 (d, 2H); 7.43 (d, 2H) λmax (Acetonitril) = 447 nm  Schmelzp. 169-172°C Analog erhältlich sind u. a. die in der folgenden Tabelle aufgeführten Verbindungen der allgemeinen Formel III mit R3-R4 = H, p = 0, Q = 1,4-Phenylen und n = 1. 1 H NMR (300 MHz, D-trichloromethane): δ (ppm) 0.81 (s, 3H); 1.20 (s, 3H); 2.03-2.13 (m, 2H); 2.29-2.49 (m, 3H); 2.70-2.90 (m, 2H); 3.84 (s, 3H); 6.36 (s, 1H); 6.60 (s, 1H); 6.81 (d, 2H); 6.90 (d. 2H); 7.43 (d, 2H) λmax (acetonitrile) = 447 nm melting point. 169-172 ° C. The compounds of the general formula III listed in the following table with R 3 -R 4 = H, p = 0, Q = 1,4-phenylene and n = 1 are obtainable analogously.

Beispiel 8 (Polymer)Example 8 (polymer)

In einem 100 ml Rundkolben mit Stickstoffüberlagerung werden 0,7 ml einer Lösung von 19,02 Gew.-% Polyacrylsäurechlorid in Dioxan vorgelegt. Hierzu tropft man eine Lösung von 0,3 g 2-Dicyanomethylen-7-(4′-(N (2-hydroxyethyl)-N-methyl­ styryl)-4,4-dimethyl-4,4a,5,6-tetrahydro(3H)naphthalen (Beispiel 1) in getrocknetem Dioxan. Die Reaktionsmischung wird einige Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Man gibt 0,16 ml getrocknetes Pyridin zu und rührt bei Raumtemperatur über Nacht. Danach wird die Reaktionslösung 8 Stunden bei 50°C erhitzt. Zu der abgekühlten Lösung wird dann 1 ml Methanol gegeben und wieder über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Schließlich wird weitere 8 Stunden bei 50°C gerührt und dann die abgekühlte Lösung mit leicht angesäuertem Methanol gefällt. Das ausgefallene rot-schwarze Polymer wird zur Reinigung in Dichlormethan gelöst und wieder in Methanol gefällt bis (laut durchgeführter DC-Kontrolle) keine niedermolekularen Anteile mehr vorhanden sind. Ausbeute 151 mg (35%).In a 100 ml round-bottomed flask with a nitrogen blanket, 0.7 ml of a Solution of 19.02 wt .-% polyacrylic acid chloride in dioxane presented. For this drips a solution of 0.3 g of 2-dicyanomethylene-7- (4 '- (N (2-hydroxyethyl) -N-methyl styryl) -4,4-dimethyl-4,4a, 5,6-tetrahydro (3H) naphthalene (Example 1) in dried Dioxane. The reaction mixture is stirred for a few minutes at room temperature. 0.16 ml of dried pyridine are added and the mixture is stirred at room temperature Night. The reaction solution is then heated at 50 ° C. for 8 hours. To the cooled solution is then added 1 ml of methanol and again overnight  Room temperature stirred. Finally, the mixture is stirred at 50 ° C. for a further 8 hours and then the cooled solution is precipitated with slightly acidified methanol. The precipitated red-black polymer is dissolved in dichloromethane for cleaning no precipitate in methanol until (according to the DC control) low molecular weight components are more present. Yield 151 mg (35%).

Die Bestimmung der Einbaurate des Farbstoffes mittels UV-Vis-Spektroskopie (λmax Polymer (CHCl3) = 510 nm) ergab 58,3 mol % Chromophorgruppen in den ursprünglichen Säurechlorid-Gruppen. Tg des Polymers = 132°C.The determination of the incorporation rate of the dye by means of UV-Vis spectroscopy (λmax polymer (CHCl 3 ) = 510 nm) showed 58.3 mol% of chromophore groups in the original acid chloride groups. Tg of the polymer = 132 ° C.

Die molekulare Hyperpolarisierbarkeit β kann bei Donor-Akzeptor-Systemen durch Bestimmung der integrierten Stärke der Absorptionsbande und der Verschiebung des Absorptionsmaximums in verschiedenen Lösungsmitteln abgeschätzt werden. Basis dieser Methode ist die Annahme, daß die optische Nichtlinearität von der Ladungsverschiebung zwischen Grundzustand und dem ersten elektronisch angeregten Zustand dominiert wird. In diesem Fall ist β proportional zum Übergangsmoment für die Absorption niedrigster Energie, das durch Messung der integrierten Bandenstärke bestimmt werden kann. Die Hyperpolarisierbarkeit ist auch proportional zum Unterschied zwischen den Diplomomenten der zwei Zustände. Dieser Unterschied kann durch die Verschiebung der Absorptionswellenlänge zwischen zwei Lösungsmitteln mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten abgeschätzt werden.The molecular hyperpolarizability β can be achieved in donor-acceptor systems Determination of the integrated strength of the absorption band and the shift of the absorption maximum can be estimated in different solvents. This method is based on the assumption that the optical nonlinearity of the Charge shift between ground state and the first electronically excited state is dominated. In this case, β is proportional to Transition moment for the lowest energy absorption, which is measured by the integrated band strength can be determined. The hyperpolarizability is also proportional to the difference between the diploma moments of the two Conditions. This difference can be caused by the shift of the Absorption wavelength between two solvents with different Dielectric constants can be estimated.

In Tabelle 1 sind die solvatochromisch bestimmten Werte für µ×β einiger Verbindungen aufgeführt.In Table 1, the solvatochromically determined values for µ × β are some Connections listed.

Nach der von D.J. Williams (Angew. Chemie 96, 1984, S. 640) angegebenen Methode kann man über die Electric-field-induced second-harmonic generation der Werte von β und damit β×µ bestimmen. Diese EFISH-Werte sind genauer als die solvatochromisch bestimmten Werte. In Tabelle 2 wird eine erfindungsgemäße Verbindung mit zwei Verbindungen des Standes der Technik verglichen. After the by D.J. Williams (Angew. Chemie 96, 1984, p. 640) The method can be used via the electric field-induced second-harmonic generation of the Determine values of β and thus β × µ. These EFISH values are more accurate than that Solvatochromically determined values. Table 2 shows an inventive one Compared to two prior art compounds.  

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 Table 2

EFISH-Messungen EFISH measurements

Claims (15)

1. Verbindungen der allgemeinen Formel I worin
R1 und R2 unabhängig voneinander H oder C1-C4-Alkyl,
R3 und R4 C1-C4-Alkyl oder Wasserstoff,
A und A1 unabhängig voneinander NO2, CN, Halogen, CF3, COOR5, CONR2 6,
SO2R7 oder
einer der Reste A und A1 auch Wasserstoff, -CO2(CH2)x ZH, SO3R5, SOR7, SO2NR2 6 oder S(NSO2CF3)CF3,
x 2, 3, 4 oder 5,
Z O, S oder NH,
R5 C1-C4-Alkyl
R6 C1-C4-Alkyl oder Wasserstoff,
R7 C1-C4-Alkyl, C1-C4-Perfluoralkyl oder einen gegebenenfalls substituierten Phenylrest,
D NR2 8, OR8, SR8,
R8 C1-C22-Alkyl, das auch durch eine endständige Hydroxyl-, Thiol- oder primäre oder sekundäre Aminogruppe substituiert sein kann, oder die Gruppe H(OCH2CH2)m,
Q einen (n+1)-wertigen Rest, der sich von einem aromatischen carbocyclischen oder heterocyclischen Ringsystem mit bis zu drei Ringen ableitet,
p 0 oder 1,
n 1, 2 oder 3 und
m 1, 2, 3, 4, 5 oder 6.bedeutet.
1. Compounds of the general formula I wherein
R 1 and R 2 independently of one another are H or C 1 -C 4 alkyl,
R 3 and R 4 are C 1 -C 4 alkyl or hydrogen,
A and A 1 independently of one another NO 2 , CN, halogen, CF 3 , COOR 5 , CONR 2 6 ,
SO 2 R 7 or
one of the radicals A and A 1 is also hydrogen, -CO 2 (CH 2 ) x ZH, SO 3 R 5 , SOR 7 , SO 2 NR 2 6 or S (NSO 2 CF 3 ) CF 3 ,
x 2, 3, 4 or 5,
ZO, S or NH,
R 5 C 1 -C 4 alkyl
R 6 C 1 -C 4 alkyl or hydrogen,
R 7 is C 1 -C 4 alkyl, C 1 -C 4 perfluoroalkyl or an optionally substituted phenyl radical,
D NR 2 8 , OR 8 , SR 8 ,
R 8 is C 1 -C 22 alkyl, which can also be substituted by a terminal hydroxyl, thiol or primary or secondary amino group, or the group H (OCH 2 CH 2 ) m ,
Q is an (n + 1) -valent radical which is derived from an aromatic carbocyclic or heterocyclic ring system with up to three rings,
p 0 or 1,
n 1, 2 or 3 and
m means 1, 2, 3, 4, 5 or 6.
2. Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Q für Phenylen oder Thiophenylen steht.2. Compounds according to claim 1, characterized in that Q for Phenylene or thiophenylene. 3. Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß D für N(CH3)2, CH3O oder CH3S steht.3. Compounds according to claim 1, characterized in that D represents N (CH 3 ) 2 , CH 3 O or CH 3 S. 4. Verbindungen gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Q für Phenylen und
D für H-Z-(CH2)xY-
Z für O, NR9, S
x für eine Zahl von 1 bis 18
Y für O, S, NR10
R9, R10 unabhängig voneinander für C1-C4-Alkyl oder Wasserstoff steht.
4. Compounds according to claim 2, characterized in that
Q for phenylene and
D for HZ- (CH 2 ) x Y-
Z for O, NR 9 , S
x for a number from 1 to 18
Y for O, S, NR 10
R 9 , R 10 independently of one another are C 1 -C 4 alkyl or hydrogen.
5. Verbindungen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Z für O und Y für NCH3 oder O steht.5. Compounds according to claim 4, characterized in that Z is O and Y is NCH 3 or O. 6. Verbindungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
D für NR8R10, OR8 oder SR8,
R10 für C1-C4-Alkyl oder H und
R8 für C16-C22-Alkyl
steht.
6. Compounds according to claim 1, characterized in that
D for NR 8 R 10 , OR 8 or SR 8 ,
R 10 is C 1 -C 4 alkyl or H and
R 8 is C 16 -C 22 alkyl
stands.
7. Schichtelement enthaltend mindestens zwei monomolekulare Schichten einer amphiphilen Verbindung auf einem Träger, dadurch gekennzeichnet, daß die amphiphile Verbindung eine Verbindung gemäß Anspruch 6 ist.7. Layer element containing at least two monomolecular layers one Amphiphilic compound on a support, characterized in that the Amphiphilic compound is a compound according to claim 6. 8. Schichtelement gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Anzahl der Schichten bedingte Schichtdicke mindestens 0,1 µm beträgt. 8. Layer element according to claim 7, characterized in that the through the number of layers-dependent layer thickness is at least 0.1 µm.   9. Polymer enthaltend mindestens 10 Gew.-% des Restes E wobei R1, R2, R3, R4, A und A1 die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung aufweisen und Z, x und Y die in Anspruch 4 angegebene Bedeutung aufweisen.9. Polymer containing at least 10% by weight of the remainder E. wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , A and A 1 have the meaning given in claim 1 and Z, x and Y have the meaning given in claim 4. 10. Polymer gemäß Anspruch 9 mit der allgemeinen Formel II wobei
R11 und R13 unabhängig voneinander für H, CH3, Cl, F oder CF3
G für CO2R12, CONHR12, CONR2 12 oder -CN
R12 für H oder C1-C10-Alkyl steht und
E die in Anspruch 9 angegebene Bedeutung hat.
10. Polymer according to claim 9 with the general formula II in which
R 11 and R 13 independently of one another for H, CH 3 , Cl, F or CF 3
G for CO 2 R 12 , CONHR 12 , CONR 2 12 or -CN
R 12 represents H or C 1 -C 10 alkyl and
E has the meaning given in claim 9.
11. Polymer gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die chromophoren Gruppen E räumlich überwiegend gleichsinnig angeordnet sind.11. Polymer according to claim 9 or 10, characterized in that the chromophoric groups E are predominantly arranged in the same direction. 12. Polymer gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form einer kompakten Schicht vorliegt, die eine Dicke von mindestens 0,1 µm aufweist.12. Polymer according to claim 11, characterized in that it is in the form of a compact layer is present, which has a thickness of at least 0.1 microns. 13. Vorrichtung zum Modulieren von Licht in Abhängigkeit von einer elektrischen Spannung enthaltend zwei Elektroden zum Anlegen einer elektrischen Spannung, die parallel zueinander angeordnet sind und einen Lichtwellenleiter, der teilweise zwischen den zwei Elektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter ein Schichtelement gemäß Anspruch 8 oder eine Polymerschicht gemäß Anspruch 12 ist.13. Device for modulating light as a function of an electrical Voltage containing two electrodes for applying an electrical voltage, which are arranged parallel to each other and an optical waveguide that partially is arranged between the two electrodes, characterized in that the Optical waveguide, a layer element according to claim 8 or a polymer layer  according to claim 12. 14. Verwendung einer Verbindung gemäß Anspruch 1 oder 10 für Zwecke der nichtlinearen Optik.14. Use of a compound according to claim 1 or 10 for the purposes of nonlinear optics. 15. Verbindungen gemäß Anspruch 1, der allgemeinen Formel (III) 15. Compounds according to claim 1, of the general formula (III)
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