JP2003292487A - 光スイッチング等に有用な新規化合物およびその製造方法 - Google Patents
光スイッチング等に有用な新規化合物およびその製造方法Info
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Abstract
定性および有機溶剤に対する良好な溶解性を有する、新
規なジベンゾフラノニリウムメチレート化合物およびそ
の製造方法を提供すること。 【解決手段】 下記一般式(I)で示されるジベンゾフ
ラノニリウムメチレート化合物。 【化1】 前記一般式(I)中、R1およびR2は同じでも異なって
いてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基または分岐化し
たアルキル基を示す。
Description
に有用な新規な化合物およびその製造方法に関する。
ンやスクエアリリウム色素誘導体の中には会合体を形成
するものがあることが知られている[(a) The Theory of
the Photographic Process, T. H. James, ed. (Macmi
llan Co., Inc., New York, London, 1968); (b) The T
heory of the Photographic Process, T. H. James, e
d. (Macmillan Publishing Co., Inc., New York, Lond
on, 1977)等の本を参照]。会合体とは、数十〜数百の分
子が規則正しく配列して緩く結合し、光学的にあたかも
一つの超分子として振る舞うものをいい、特に図5に示
すように、その吸収帯(b)が、分子単体の吸収帯(a)
に比べ長波長側にシフトし、先鋭化したものをJ-会合体
という。
光を発し、吸収ピーク付近の波長の光に対して極めて大
きな相互作用を持ち、しかも、3次の非線形光学効果で
ある吸収飽和の回復が非常に速いことが報告されている
(M. Furuki, L. S. Pu, F.Sasaki, S. Kobayashi and
T. Tani, 4th International Workshop on Femtosecond
Technology Proceedings (1997)135; Appl. Phys. Le
tt., 72, 21(1998) 2648)。また、実際に固体基板上形
成したスクエアリリウム色素会合体薄膜の光に対する応
答時間が300fs(1fs=10-15秒)以下であっ
たことが確認された(平成10年7月13日付け日刊工
業新聞第1面)。さらに、最近、100fsを切る超高
速応答特性を有し、80fJ/μm2という低エネルギ
ーで駆動可能なスクエアリリウム色素誘導体の会合体薄
膜が実現した(平成11年7月8日付け日経産業新聞第
5面;M. Furuki, M. Tian,Y. Sato, L. S. Pu, H. Ka
washima, S. Tatsuura and O. Wada, Appl. Phys. Let
t., 78, 18(2001) 2634)。このような特徴により、ス
クエアリリウム誘導体の会合体薄膜は、テラビット(1
012bit/s)オーダーの光情報通信の際の光スイッ
チとして使用され得るものであると認められる。
体が固体基板上で会合体を形成し、かつフェムト秒オー
ダーの超高速光学応答特性を示すことを確認し、先に特
許出願を行なった(特開平11−282034号、特開
2000−111967号)。しかし、その色素会合体
膜の超高速光応答は会合体吸収ピーク(780nm)付
近の波長の光に対してしか実現できないため、今の段階
では、1μmを超える波長で動作する光スイッチへの適
用が困難である。実際の光ファイバー通信ネットワーク
の信号光の波長が1.3μmまたは1.55μmである
ため、その光通信システムに応用できる光スイッチには
1.3μmまたは1.55μm付近に強い吸収がある色
素が必須である。一方、今までは、極大吸収波長が1μ
mを超える近赤外吸収色素(J. Fabian, H. Nakazumi a
nd M. Matsuoka, Chem. Rev., 92(1992) 1197)が数種
類あった。
特徴は色素分子が大きいπ‐共役系からなったもので、
以下に挙げる問題点がある。 1)色素のモル吸光係数が小さい。 2)π−共役系が長すぎて熱安定性が悪い。 3)有機溶剤への溶解度が悪くて製膜が困難である。 従って、今までの長波長吸収色素は実際に光スイッチへ
の応用が困難である。この課題を解決するために、長波
長吸収色素の溶解度の増大や色素の熱安定性・昇華性の
向上や膜中色素分子の会合性制御などに工夫をする必要
がある。以上の理由により、極大吸収波長が1μmを超
え、かつ高い熱安定性および良い溶解性を有する近赤外
吸収色素が求められている。
長が1μmを超え、かつ高い熱安定性および有機溶剤に
対する良好な溶解性を有する、新規な化合物およびその
製造方法を提供することを目的とする。
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、極めて有効な
アクセプター構造を中心部に有する新しい基本骨格の色
素分子を見出した。 (1)下記一般式(I)で示される新規な化合物。
でも異なっていてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基ま
たは分岐化したアルキル基を示す。この化合物は、1.
1μm付近に極大吸収を示し、従来の長波長吸収色素の
ように共役系を過剰に延長することなしに、大きくその
吸収波長を長波長化することができる。また、高い熱安
定性およびアセトンやクロロホルム等の有機溶剤に対す
る良好な溶解性を有し、さらに昇華性および成膜性等の
点でも優れている。
でも異なっていてもよく、それぞれ、炭素数1〜7の直
鎖アルキル基または分岐化した炭素数3〜7のアルキル
基であることが好ましく、中でも、イソブチル基が好ま
しい。
一般式(II)で示されるアニリン誘導体と、下記一般式
(III)で示される4,5−ジヒドロキシ−4−シクロペ
ンテン−1,2,3−トリオンとを反応させる工程を有す
る製造方法により得られる。
でも異なっていてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基ま
たは分岐化したアルキル基を示す。
本発明の新規な化合物は、下記一般式(I)で表される
ものである。
は同じでも異なっていてもよく、それぞれ、直鎖アルキ
ル基または分岐化したアルキル基を示し、炭素数1〜7
の直鎖アルキル基または分岐化した炭素数3〜7のアル
キル基が好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、
n−プロピル基、n−ブチル基、イソプロピル基、イソブ
チル基、sec−ブチル基またはtert−ブチル基が
より好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n
−ブチル基、イソプロピル基またはイソブチル基が特に
好ましい。
を示し、従来の長波長吸収色素のように共役系を過剰に
延長することなしに、大きくその吸収波長を長波長化す
ることができる。また、高い熱安定性およびアセトンや
クロロホルム等の有機溶剤に対する良好な溶解性を有
し、さらに昇華性および成膜性等の点でも優れている。
これは、一般式(I)で示される化合物の基本骨格であ
る、中心部分のジフラノニリウムメタノレートが、これ
まで知られているスクエアリック酸やクロコン酸に比べ
てはるかに優れたアクセプター性を有していることに基
づくと考えられる。即ち、この基本骨格構造を利用する
ことにより、比較的短い共役系で極めて長波長に吸収を
有する色素分子が得られ、このため、この色素分子は、
従来の近赤外吸収色素と比べ、長波長吸光性、熱安定
性、昇華性、溶解性および成膜性等が優れているものと
推察される。また、前記(I)で表される化合物は、超
高速応答性を有する光スイッチに有用である。また、こ
の化合物は溶解性および成膜性が優れているので、溶液
塗布により容易に成膜が可能で、前記光スイッチ分野の
他に、電子写真、光記録ディスクおよび有機太陽電池な
ど様々な分野に応用が可能である。
示されるような構造をとりうる。この構造式で示される
化合物は、前記一般式(I)で示される構造式を有する
化合物の持つ前述のごとき特性と、同じ特性を有する。
で示されるアニリン誘導体と、下記一般式(III)で示
される4,5−ジヒドロキシ−4−シクロペンテン−1,
2,3−トリオンとを反応させる工程を有することを特
徴とする製造方法により得ることができる。
でも異なっていてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基ま
たは分岐化したアルキル基を示す。
(III)で示される4,5−ジヒドロキシ−4−シクロペ
ンテン−1,2,3−トリオンとは、溶媒中で共沸還流の
条件で反応させることが好ましく、脱水剤と一緒に溶媒
中で共沸還流の条件で反応させることがより好ましい。
得られた化合物は洗浄後さらに快速カラムクロマトグラ
フィーおよび再結晶により精製することができる。
ドロキシ−4−シクロペンテン−1,2,3−トリオンに
対するアニリン誘導体のモル比(アニリン誘導体のモル
数/4,5−ジヒドロキシ−4−シクロペンテン−1,2,
3−トリオンのモル数)は、100〜300%であるこ
が好ましく、150〜250%であることがより好まし
い。アニリン誘導体のモル比が100%未満では、前記
の新規な化合物が形成しにくく、300%を超えると、
副産物が多くなり、目標化合物が分離精製しにくくな
る。
定されないが、1−プロパノ−ル、1−ブタノール、1
−ペンタノール等のアルコール類、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、モノクロロベンゼン等の芳香族炭化水
素、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、
クロロホルム、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジ
クロロプロパン等のハロゲン化炭化水素、N,N-ジメチル
ホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド類
を用いることができる。アルコール類溶媒は単独で使用
してもよいが、芳香族炭化水素、エーテル類、ハロゲン
化炭化水素またはアミド類などの溶媒は1容量%以上の
アルコール類溶媒と混合して使用したほうがよい。これ
らの中でも、1−プロパノ−ル、2−プロパノ−ル、1
−ブタノール、2−ブタノール、1−プロパノ−ルとベ
ンゼンの混合溶媒、1−プロパノ−ルとトルエンの混合
溶媒、1−プロパノ−ルとN,N-ジメチルホルムアミドの
混合溶媒、2−プロパノ−ルとベンゼンの混合溶媒、2
−プロパノ−ルとトルエンの混合溶媒、2−プロパノ−
ルとN,N-ジメチルホルムアミドの混合溶媒、1−ブタノ
ールとベンゼンの混合溶媒、1−ブタノールとトルエン
の混合溶媒、1−ブタノ−ルとN,N-ジメチルホルムアミ
ドの混合溶媒、2−ブタノールとベンゼンの混合溶媒、
2−ブタノールとトルエンの混合溶媒、2−ブタノ−ル
とN,N-ジメチルホルムアミドの混合溶媒が好ましい。混
合溶媒を使う場合、アルコール類溶媒の濃度は、1容量
%以上とすることが好ましく、5〜75容量%とするこ
とが特に好ましい。
もいいが、利用する場合には反応時間の短縮や収率の向
上などのメリットが得られる。脱水剤としては、一般式
(II)と一般式(III)と反応しない限り、特に限定さ
れないが、オルト蟻酸トリメチル、オルト蟻酸トリエチ
ル、オルト蟻酸トリプロピル、オルト蟻酸トリブチルな
どのオルト蟻酸エステル、モレキュラーシーブ等を用い
ることができる。
り高くすることが好ましく、75℃より高くすることが
特に好ましい。具体的には、1−ブタノールとトルエン
の混合溶媒を反応溶媒とする場合は、反応液の温度が7
5〜105℃であることが好ましい。前記製造方法の反
応時間は、前記製造方法の反応液の温度によって異な
り、反応液の温度が高くなると反応時間が短くなり、反
応液の温度が低くなると反応時間が長くなる。具体的に
は、1−ブタノールとトルエンの混合溶媒を反応溶媒と
して反応液を90〜105℃にして反応させる場合、反
応時間が5〜30分間であることが好ましい。
とが好ましい。前記製造工程により得られた本発明の新
規な化合物の具体例の構造式は次に示す。
1.1μm付近に極大吸収を示し、高い熱安定性および
良好な溶解性を有する。前記吸収特性に関しては、近赤
外分光光度計を用いて吸収スペクトルを測定し、作動波
長1.3μmの光スイッチの材料として利用可能である
ことを確認した。また、前記熱安定性に関しては、熱重
量測定法および示差熱分析により熱分解温度を測定し、
それが光スイッチ材料として熱的に安定であることを確
認した。さらに、前記溶解性に関しては、クロロホルム
やアセトンなどの有機溶媒への溶解性により確認した。
説明するが、本発明はこれらの実施例により限定される
ものではない。 実施例1(化合物(1)の製造) 3,5−ジヒドロキシ−N,N−ジイソブチルアニリン
3.325g(14.0mmol)と4,5−ジヒドロキ
シ−4−シクロペンテン−1,2,3−トリオン995m
g(7.0mmol)を、1−ブタノール45mlとト
ルエン135mlの混合液中に加え、窒素ガスの雰囲気
で攪拌しながら反応液を95℃まで加熱し、95〜10
5℃にて15分間反応させた。反応から生成された水は
共沸蒸留により除去した。反応終了後、トルエンおよび
1−ブタノールを減圧蒸留により除去してから、ヘキサ
ン150mlを加えた。冷却後、析出した固体を濾過
し、ヘキサンで洗浄後、茶紫色固体を得た。
(充填剤:中性シリカゲル;展開溶媒:ジクロロエタ
ン、ジクロロエタンとメタノール(体積比100:1)
の混合溶媒)により紫色のフラクションを分取し、黒紫
色の固体を得た。この黒紫色の固体は順次にメタノー
ル、アセトンとヘキサンの混合溶媒、アセトンとメタノ
ールの混合溶媒から再結晶することにより精製し、乾燥
してから、目的の化合物(1)(前記一般式(I)にお
いてR1およびR2がイソブチル基の化合物)(黒紫色針
状微結晶)301mg(収率7.4%)を得た。
−H),2961(CH3),2930(CH2),28
71(CH3),2740,1783,1754(C=
O),1637,1553,1514(C=C rin
g),1471,1381(CH3、CH2),1330
(C−N),1281,1252(C−O−C),12
28(OH),1160,1141(C−O−C),1
092,1024(C−O-),944,921,88
6,869,809,791cm-1
1): δ=13.880(s,2H,OH),6.060
(s,2H,Harom),5.875(s,2H,
Harom),3.353(br s,8H,4×NC
H2),2.196〜2.095(m,4H,4×C
H),0.960(d,J=6.59Hz,24H,8
×CH3)
8(s,COO),156.63(s,Carom−OH,
Carom−OCO),156.50(s,Carom−N),
119.62(s,=C),95.71(s,2C,C
arom),90.33(s,4C,Carom)61.03
(s,NCH2),28.38(s,CH),20.1
2(s,CH3)
1,57.7%) 可視近赤外吸収スペクトル(図2): λmax = 1093.2nm(ジクロロエタン溶液中) εmax = 7.87×104 M-1 cm-1 (ジクロロエタ
ン溶液中)
果、本実施例で得られた新規な化合物(1)の1.1μ
m吸収帯の吸収振動子fが0.623であることを確認
した。また、クロロホルムに対するこの化合物の溶解度
が54mg/mlであった。従って、この色素を溶液塗
布により容易に製膜できることもわかった。さらに、前
記化合物は、分解温度が202.7℃であるので、光ス
イッチ材料として用いる際に要求される熱安定性も良好
である。
mg(2.0mmol)と4,5−ジヒドロキシ−4−シ
クロペンテン−1,2,3−トリオン142mg(1.0
mmol)を、1−プロパノール30mlとN,N-ジメチ
ルホルムアミド15mlの混合液中に加え、窒素ガスの
雰囲気で攪拌しながら反応液を60〜65℃にて2時間
加熱してから、96℃まで加熱し、96〜104℃にて
2時間反応させた。反応から生成された水は共沸蒸留に
より除去した。反応終了後1−プロパノールを減圧蒸留
により除去してから、水300mlを加えた。析出した
固体を濾過し、水で洗浄後空気中に乾燥し、茶紫色固体
を得た。この固体は快速カラムクロマトグラフィー(充
填剤:中性シリカゲル;展開溶媒:クロロホルム、クロ
ロホルムとメタノール(体積比100:1)の混合溶
媒)により紫色のフラクションを分取し、黒紫色の固体
を得た。
セトンとヘキサンの混合溶媒、アセトンとメタノールの
混合溶媒、ジクロロメタンとメタノールの混合溶媒から
再結晶することにより精製し、乾燥してから目的の化合
物(2)(前記一般式(I)においてR1およびR2がエ
チル基の化合物)(黒紫色微結晶)8.5mg(収率1.
8%)を得た。
3): δ=13.926(s,2H,OH),6.045
(s,2H,Harom),5.870(s,2H,
Harom),3.549(br s,8H,4×NC
H2),1.313(t,J=7.08Hz,12H,
4×CH3)
g/mlであった。従って、この色素を溶液塗布により
容易に製膜できることもわかった。さらに、前記化合物
の分解点は200℃以上であり熱安定性も良好であっ
た。
が1μmを超え、かつ高い熱安定性および有機溶剤に対
する良好な溶解性を有する。
ペクトル(CDCl3溶液中)を示すグラフである。
(ジクロロエタン溶液中)を示すグラフである。
ペクトル(CDCl3溶液中)を示すグラフである。
(クロロホルム溶液中)を示すグラフである。
(a)は、色素分子がランダムに分散しているときの、
(b)は色素分子が会合体を形成しているときの吸収ス
ペクトルを示す。
Claims (6)
- 【請求項1】 下記一般式(I)で示される化合物。 【化1】 前記一般式(I)中、R1およびR2は同じでも異なって
いてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基または分岐化し
たアルキル基を示す。 - 【請求項2】 前記一般式(I)中、R1およびR2が同
じでも異なっていてもよく、それぞれ、炭素数1〜7の
直鎖アルキル基または分岐化した炭素数3〜7のアルキ
ル基であることを特徴とする、請求項1に記載の化合
物。 - 【請求項3】 前記一般式(I)中、R1およびR2がイ
ソブチル基であることを特徴とする、請求項1に記載の
化合物。 - 【請求項4】 下記一般式(II)で示されるアニリン誘
導体と、下記一般式(III)で示される4,5−ジヒドロ
キシ−4−シクロペンテン−1,2,3−トリオンとを反
応させる工程を有する、前記一般式(I)で示される化
合物の製造方法。 【化2】 【化3】 前記一般式(II)中、R1およびR2は同じでも異なって
いてもよく、それぞれ、直鎖アルキル基または分岐化し
たアルキル基を示す。 - 【請求項5】 前記一般式(II)中、R1およびR2が同
じでも異なっていてもよく、それぞれ、炭素数1〜7の
直鎖アルキル基または分岐化した炭素数3〜7のアルキ
ル基であることを特徴とする、請求項4に記載の化合物
の製造方法。 - 【請求項6】 前記一般式(II)中、R1およびR2がイ
ソブチル基であることを特徴とする、請求項4に記載の
化合物の製造方法。
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