JP2009099942A - High molecular organic semiconductor material, high molecular organic semiconductor thin film and organic semiconductor device - Google Patents

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Hideki Etori
餌取秀樹
Toshihiro Ebine
海老根俊裕
Kaori Matsuda
松田香
B Frings Rainer
ライネー・ビー・フリングス
Eigler Siegfried
ジークフリート・アイグラー
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  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: organic semiconductor material which permits liquefaction; an organic semiconductor film produced by applying organic semiconductor material; and an organic semiconductor device employing the organic semiconductor film. <P>SOLUTION: The organic semiconductor device is configured by using in a semiconductor layer: the polymerized organic semiconductor material constituted by polymerizing a compound shown by the formula 1; the polymerized molecular organic semiconductor material thin film containing the polymerized organic semiconductor material; and the polymerized organic semiconductor material. In the formula (1), R1 and R2 are each independently H or a 1-16C alkyl (provided that the following case is excluded: both R1 and R2 are H), W1 and W2 are each independently H, a halogen atom and at least one group selected from a group consisting of (HO)<SB>2</SB>B- and (R3-O)<SB>2</SB>B-, and R3 is a 1-12C alkyl. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高分子有機半導体材料、高分子有機半導体材料薄膜及び有機半導体デバイスに関する。   The present invention relates to a polymer organic semiconductor material, a polymer organic semiconductor material thin film, and an organic semiconductor device.

情報化の進展に伴った情報端末の普及は目覚しく、従来、紙媒体で提供されていた情報が電子化される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用情報媒体のニーズが高まりつつある。   With the progress of computerization, the spread of information terminals has been remarkable, and there has been an increase in the chances that information previously provided in paper media has been digitized, and there is a need for mobile information media that is thin, light, and easy to carry. It is growing.

従来の情報媒体を構成するシリコン(Si)材料を用いた半導体デバイスは、真空チャンバーを含む真空系の製造プロセスを何度も繰り返して各層を形成せざるを得ず、装置コスト、ランニングコストが非常に膨大なものとなっていた。例えば、半導体デバイスの一つであるTFT素子では、通常それぞれの層の形成のために真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工程を何度も繰り返す必要があり、何十もの工程を経て素子を基板上に形成している。スイッチング動作の要となる半導体部分に関しても、p型、n型等、複数種類の半導体層を積層している。   A semiconductor device using a silicon (Si) material that constitutes a conventional information medium has to repeatedly form a vacuum system including a vacuum chamber over and over again to form each layer. It was huge. For example, in a TFT element which is one of semiconductor devices, it is usually necessary to repeat processes such as vacuum deposition, dope, photolithography, development, etc. many times in order to form each layer. Is formed on the substrate. As for the semiconductor portion that is the key to the switching operation, a plurality of types of semiconductor layers such as p-type and n-type are stacked.

また、このような従来からのSi材料を用いた半導体デバイスの形成には高温での工程が含まれるため、基板材料には工程温度に耐える材料であるという制限が加わることになる。このため実際上はガラスを用いざるをえず、従って、柔軟性に欠け、落下の衝撃で割れる可能性のある製品となってしまう。このことは、先に述べた情報媒体のモバイル化といったニーズを満たすにあたり望ましくないことである。   In addition, since the formation of a semiconductor device using such a conventional Si material includes a process at a high temperature, the substrate material is restricted to be a material that can withstand the process temperature. For this reason, glass must be used in practice, and therefore, the product lacks flexibility and may be broken by a drop impact. This is not desirable in satisfying the need for mobile information media as described above.

一方、近年において電荷輸送性を有する有機化合物として、有機半導体材料の研究が精力的に進められている。これらの化合物は有機ダイオードや有機発光ダイオード(EL)用の電荷輸送性材料のほか、有機レーザー発振素子(例えば、非特許文献1参照。)や、有機薄膜トランジスタ(有機TFT素子)(例えば非特許文献2参照。)への応用が期待されている。   On the other hand, in recent years, research on organic semiconductor materials has been vigorously advanced as an organic compound having charge transportability. These compounds are not only charge transport materials for organic diodes and organic light emitting diodes (EL), but also organic laser oscillation elements (for example, see Non-Patent Document 1) and organic thin film transistors (organic TFT elements) (for example, Non-Patent Documents). 2)) is expected.

有機半導体材料は、電荷を輸送するという点では有機導電体材料と同じであるが、電荷輸送のメカニズムが両者で大きく異なる。その違いは、有機導電体材料が電荷輸送の担い手となるチャージキャリアを材料内に含有しているのに対し、有機半導体材料はチャージキャリアを材料内に有していない点にある。従って有機導電体材料は、チャージキャリアを有するため、金属と同様の挙動を呈し、電気回路内に組み込めば、電流が印加した電圧に単純に比例する電気導伝体となり、すなわち、情報媒体内では単なる配線材料にしかなりえない。一方有機半導体材料は、チャージキャリアを有していないため、電荷輸送を発現するためには、外部からチャージキャリアを供給する必要があり、このチャージキャリアの供給のために、ショットキー障壁構造、 pn接合構造、MIS構造などの、物理構造体を作り付け、これを利用する。こうして得られた有機半導体材料と物理構造体よりなる「有機半導体デバイス」の電流は、上記物理構造に由来した制御を受け、Si半導体デバイスと同様、オームの法則に従わない半導体デバイス特性を呈する(その一例として、ダイオードに見られる整流特性、トランジスタに見られるスイッチング特性やメモリー特性がある)。   Organic semiconductor materials are the same as organic conductor materials in that they transport charges, but the mechanism of charge transport is greatly different between the two. The difference is that the organic conductor material contains charge carriers that are responsible for charge transport in the material, whereas the organic semiconductor material does not have charge carriers in the material. Therefore, since the organic conductor material has charge carriers, it exhibits a behavior similar to that of a metal, and when incorporated in an electric circuit, it becomes an electric conductor in which the current is simply proportional to the applied voltage. It can only be a simple wiring material. On the other hand, since the organic semiconductor material does not have charge carriers, it is necessary to supply charge carriers from the outside in order to develop charge transport. For this charge carrier supply, a Schottky barrier structure, pn A physical structure such as a junction structure or an MIS structure is created and used. The current of the “organic semiconductor device” composed of the organic semiconductor material and the physical structure thus obtained is controlled by the physical structure and exhibits semiconductor device characteristics that do not follow Ohm's law, as with the Si semiconductor device ( Examples include rectifying characteristics found in diodes, switching characteristics and memory characteristics found in transistors).

これらの有機半導体は、その分子構造を適切に改良することによって、溶液化できる半導体を得る可能性があり、有機半導体溶液をインク化することにより印刷法によるデバイス製造が可能となる。これらの低温プロセスによる製造は、前述の基板耐熱性に関する制限が緩和され、樹脂基板上にも半導体デバイスを形成できる可能性を意味するものである。   These organic semiconductors have a possibility of obtaining a semiconductor that can be made into a solution by appropriately improving the molecular structure thereof, and the device can be manufactured by a printing method by making the organic semiconductor solution into an ink. The manufacture by these low-temperature processes means that the above-mentioned restrictions on the heat resistance of the substrate are relaxed, and a semiconductor device can be formed on a resin substrate.

これまで、有機半導体材料として検討されてきたのは、ペンタセンやテトラセン等のアセン類(例えば、特許文献1参照。)、鉛フタロシアニンを含むフタロシアニン類、ペリレンやそのテトラカルボン酸誘導体といった低分子化合物(例えば、特許文献2参照。)や、α−チエニルもしくはセキシチオフェンと呼ばれるチオフェン6量体を代表例とする芳香族オリゴマー(例えば、特許文献3参照。)、ナフタレン、アントラセンに5員の芳香族複素環が対称に縮合した化合物(例えば、特許文献4参照。)、モノ、オリゴ及びポリジチエノピリジン(例えば、特許文献5参照。)、更には、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリ−p−フェニレンビニレンといった共役高分子等限られた種類の化合物(例えば、非特許文献1〜3参照。)がある。   Until now, low molecular weight compounds such as acenes such as pentacene and tetracene (see, for example, Patent Document 1), phthalocyanines including lead phthalocyanine, perylene and its tetracarboxylic acid derivatives have been studied as organic semiconductor materials. For example, see Patent Document 2), aromatic oligomers represented by thiophene hexamers called α-thienyl or sexithiophene (see, for example, Patent Document 3), naphthalene, anthracene and 5-membered aromatics. A compound in which a heterocyclic ring is condensed symmetrically (for example, see Patent Document 4), mono, oligo, and polydithienopyridine (for example, see Patent Document 5), and further, polythiophene, polythienylene vinylene, poly-p-phenylene vinylene. Limited types of compounds such as conjugated polymers such as Reference.) There is.

この中で、ペンタセンなどの低分子化合物やα−チエニルなどの芳香族オリゴマーの多くは、有機溶媒に対して不溶もしくは難溶のために、塗布による膜の形成が難しいという問題点がある。このことは半導体デバイスを製造するに当たって、製造コストを押し上げるため、Si系半導体技術に代わる経済的な技術としての魅力が削がれてしまう。   Among them, many of low molecular compounds such as pentacene and aromatic oligomers such as α-thienyl have a problem that it is difficult to form a film by coating because they are insoluble or hardly soluble in an organic solvent. This increases the manufacturing cost in manufacturing the semiconductor device, and therefore, the attractiveness as an economical technology replacing the Si-based semiconductor technology is lost.

一方、ポリチオフェンなどの高分子化合物は、周囲の酸素によって酸化的にドープされ、導電率が増大してしまい、即ち空気に対して不安定である。従ってこれらの材料の多くは、材料加工とデバイス製造の間に環境酸素を排除して酸化的ドーピングを起こさない、あるいは最小とするよう厳重に予防処置をとらなければならないという問題点がある。上記のような予防措置は製造コストを押し上げるため、Si系半導体技術に代わる経済的な技術としての魅力が削がれてしまう。   On the other hand, a polymer compound such as polythiophene is oxidatively doped with ambient oxygen, increasing the conductivity, that is, unstable to air. Therefore, many of these materials have the problem that strict precautions must be taken to eliminate or minimize oxidative doping by eliminating environmental oxygen during material processing and device fabrication. The above preventive measures increase the manufacturing cost, so that the attractiveness as an economical technology replacing the Si-based semiconductor technology is lost.

一方最近、エネルギーレベルのシミュレーションに関する論文(非特許文献4)に、新規なチオフェン誘導体として、ポリチエノ[3,4−d]イミダゾール−2−オン(Poly−thieno[3,4−d]imidazol−2−one 以下、PUTと略す)の構造式が記載された。このPUTは、実際に製造してみると、電気伝導度が10−1〜10S/cm程度の有機導電体材料であり、有機半導体としては機能しないことがわかった。 On the other hand, recently, a paper on energy level simulation (Non-patent Document 4) has disclosed that poly-thieno [3,4-d] imidazol-2-one (Poly-thieno [3,4-d] imidazolol-2) as a novel thiophene derivative. -One (hereinafter abbreviated as PUT). When actually manufactured, this PUT is an organic conductor material having an electric conductivity of about 10 −1 to 10 S / cm, and it has been found that it does not function as an organic semiconductor.

サイエンス(Science)2000年、第289号、P.599Science 2000, No. 289, p. 599 ネイチャー(Nature)2000年、第403号、P.521Nature 2000, 403, p. 521 アドバンスド・マテリアル(Advanced Material)2002年、第2号、P.99Advanced Material 2002, No. 2, P.I. 99 ジャーナルオブフィジカルケミストリービー(Journal of Physical Chemistry B) 2005年、第109号, P.3126Journal of Physical Chemistry B 2005, No. 109, p. 3126 特開平5−55568号公報JP-A-5-55568 特開平5−190877号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-190877 特開平8−264805号公報JP-A-8-264805 特開平11−195790号公報JP-A-11-195790 特開2003−155289号公報JP 2003-155289 A

本発明が解決しようとする課題は、溶液化の可能な有機半導体材料、該有機半導体材料を塗布することによる有機半導体膜、該有機半導体膜を用いた有機半導体デバイスを提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide an organic semiconductor material that can be made into a solution, an organic semiconductor film obtained by applying the organic semiconductor material, and an organic semiconductor device using the organic semiconductor film.

本発明者らは、ポリチエノ[3,4−d]イミダゾール−2−オンの窒素上の水素原子の両方、もしくは片方をアルキル基で置換することにより、溶液化の可能な有機半導体材料を得ることが出来ることを見出した。
なぜ水素原子の両方、もしくは片方をアルキル基で置換することにより、有機導電性材料が有機半導体材料となったかは定かではないが、以下のように推定している。即ち、アルキル基導入による立体的効果により、π電子の最高被占軌道(HOMO)のエネルギーレベルが下がり、最低空軌道(LUMO)のエネルギーレベルが上がると考えられ、これにより、材料内に自発的チャージキャリアは発生しないが、一方で、各モノマーユニット内の適度なπ共役の広がりがキャリアの移動能を確保するためと推定している。
The present inventors obtain an organic semiconductor material that can be made into a solution by replacing both or one of the hydrogen atoms on the nitrogen of polythieno [3,4-d] imidazol-2-one with an alkyl group. I found out that I can do it.
The reason why the organic conductive material becomes an organic semiconductor material by substituting both or one of the hydrogen atoms with an alkyl group is not clear, but is estimated as follows. That is, it is considered that the energy level of the highest occupied orbital (HOMO) of π electrons decreases and the energy level of the lowest unoccupied orbital (LUMO) increases due to the steric effect by the introduction of the alkyl group. Although charge carriers are not generated, it is presumed that moderate spread of π conjugation in each monomer unit ensures carrier mobility.

即ち、本発明は、一般式(1)   That is, the present invention relates to the general formula (1)

Figure 2009099942
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(式(1)中、R1およびR2は、各々独立して、水素原子または炭素原子数1〜16のアルキル基を表し(但しR1およびR2が水素原子である場合を除く)、W1およびW2は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、(HO)B−及び(R3−O)B−からなる群から選択される少なくとも1つの基を表し、R3は炭素原子数1〜12のアルキル基を表す。)で表される化合物を重合してなる高分子有機半導体材料を提供する。 (In formula (1), R1 and R2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms (except when R1 and R2 are hydrogen atoms), and W1 and W2 are Each independently represents at least one group selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, (HO) 2 B— and (R 3 —O) 2 B—, wherein R 3 has 1 to 12 carbon atoms A high molecular weight organic semiconductor material obtained by polymerizing a compound represented by the following formula:

また本発明は、前記記載の高分子有機半導体材料を含有する高分子有機半導体材料薄膜を提供する。   The present invention also provides a polymer organic semiconductor material thin film containing the polymer organic semiconductor material described above.

また本発明は、前記記載の高分子有機半導体材料を半導体層に用いる有機半導体デバイスを提供する。   Moreover, this invention provides the organic-semiconductor device which uses the polymeric organic-semiconductor material of the said description for a semiconductor layer.

本発明により、溶液化の可能な有機半導体材料、該有機半導体材料を塗布することによる有機半導体膜、該有機半導体膜を用いた有機半導体デバイスを提供することができる。   The present invention can provide an organic semiconductor material that can be made into a solution, an organic semiconductor film obtained by applying the organic semiconductor material, and an organic semiconductor device using the organic semiconductor film.

(一般式(1)で表される化合物)
前記一般式(1)において、R1およびR2は、各々独立して、水素原子または炭素原子数1〜16のアルキル基を表す。但しR1およびR2が水素原子である場合を除く。R1またはR2、即ち水素原子が1つでもアルキル基である場合には半導体特性を示すが、R1およびR2が水素原子である化合物は、前述の通り半導体特性を示さないからである。
炭素原子数は中でも1〜12が好ましく、1〜6が半導体特性を示す上で最も好ましい。
(Compound represented by the general formula (1))
In the general formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. However, the case where R1 and R2 are hydrogen atoms is excluded. This is because R1 or R2, that is, when at least one hydrogen atom is an alkyl group, exhibits semiconductor characteristics, but a compound in which R1 and R2 are hydrogen atoms does not exhibit semiconductor characteristics as described above.
Among them, the number of carbon atoms is preferably 1 to 12, and 1 to 6 is most preferable in view of semiconductor characteristics.

前記一般式(1)において、W1およびW2は、各々独立して、水素原子、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、(HO)B−(ボロン酸)及び(R3−O)B−(ボロン酸エステル)からなる群から選択される少なくとも1つの基をあらわす。中でも、ハロゲン原子や(R3−O)B−を有する化合物を重合した高分子有機半導体材料が、半導体特性を示す上で好ましい。 In the general formula (1), W1 and W2 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom such as chlorine, bromine or iodine, (HO) 2 B- (boronic acid) and (R3-O) 2 B—. Represents at least one group selected from the group consisting of (boronic acid esters). Among them, a halogen atom and (R3-O) 2 B- polymer organic semiconductor material by polymerizing a compound having a preferable in semiconductor characteristics.

一般式(1)における化合物のうち、W1及びW2が水素原子である化合物は、以下のスキームにより合成可能である。   Among the compounds in the general formula (1), compounds in which W1 and W2 are hydrogen atoms can be synthesized by the following scheme.

Figure 2009099942
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具体的には、「ジャーナルオブオーガニックケミストリー(Journal of Organic Chemistry)」2002年、第67号、P.9073に記載の方法で製造したチエノ[3,4−d]イミダゾール−2−オン(Poly−thieno[3,4−d]imidazol−2−oneに、ジメチルホルムアミド(以下DMFと略す)溶媒下、ヨウ化アルキルとNaHを作用させることで、窒素に結合している水素をアルキル化することができる。反応分子種間のモル比を制御することで、導入メチル基の数を制御できる。   Specifically, “Journal of Organic Chemistry” 2002, No. 67, p. In thieno [3,4-d] imidazol-2-one (Poly-thieno [3,4-d] imidazol-2-one) produced by the method described in 9073 under a solvent of dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF), By allowing alkyl iodide and NaH to act, hydrogen bonded to nitrogen can be alkylated, and by controlling the molar ratio between reactive molecular species, the number of introduced methyl groups can be controlled.

また、一般式(1)における化合物のうち、W1及びW2がハロゲン原子の場合は、以下のように、W1及びW2が水素の化合物を出発物質にして、ジメチルホルムアミド(以下DMFと略す)下、N−ブロモスクシンイミド(以下NBSと略す)を作用させることで、以下の合成スキームの如く得ることが出来る。   In the compound represented by the general formula (1), when W1 and W2 are halogen atoms, a compound in which W1 and W2 are hydrogen is used as a starting material as follows, under dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF), By acting N-bromosuccinimide (hereinafter abbreviated as NBS), it can be obtained as in the following synthesis scheme.

Figure 2009099942
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W1及びW2が(HO)B−や(R3−O)B−の場合は、以下の方法により合成可能である。すなわち、W1及びW2が臭素などのハロゲン原子である化合物を出発物質にして、テトラヒドロフラン(以下THFと略す)下マグネシウムを作用せしめ、ここに、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランを加えることで、以下の合成スキームの如く得られる。 When W1 and W2 are (HO) 2 B- or (R3-O) 2 B-, they can be synthesized by the following method. That is, starting from a compound in which W1 and W2 are halogen atoms such as bromine, magnesium is allowed to act under tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as THF), and 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetra By adding methyl-1,3,2-dioxaborolane, the following synthesis scheme is obtained.

Figure 2009099942
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(高分子有機半導体材料)
本発明の一般式(1)で表される化合物を重合してなる膜は、W1及びW2が水素原子である場合には、電解酸化重合に供することで得ることができる。電解酸化重合は、二電極法でも三電極法でも可能であり、電位基準重合(例えば、低電位重合、サイクリック電位重合)、電圧基準重合(例えば、定電圧重合)、電流基準重合(例えば、定電流重合)が行える。三電極法の場合、参照電極は一般的なものが使用可能であるが、飽和カロメル電極(SCE)、銀/塩化銀電極(Ag/AgCl)、銀/銀イオン電極(Ag/Ag)が良く使用される。作用電極および対抗電極としては、酸化インジウムスズ(以下ITOと略す)電極、ネサガラス、白金板、カーボン電極などが使用可能である。
溶剤としては、比誘電率が高く、電解質をよく溶解するもので、2種類以上の溶剤を混合してもかまわない。溶剤の具体例としては、アセトニトリル、ベンゾニトリル、プロピレンカーボネート、アルコール、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、アセトン、ニトロメタン、酢酸エチル、THF、ピリジン、ニトロベンゼン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホオキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、水などがあげられる。
支持電解質としては、電解重合電位の範囲内(Ag/Ag参照電極に対し、電解電位+0.5 V〜+1.8 Vの範囲)で電極反応を受けない塩、ClO 、PF 、BF 、CFSO 、N(CFSO およびSbF 等のアニオンを含有する金属塩、オニウム塩等が用いられる。
(Polymer organic semiconductor materials)
The film | membrane formed by superposing | polymerizing the compound represented by General formula (1) of this invention can be obtained by using for electrolytic oxidation polymerization, when W1 and W2 are hydrogen atoms. Electrolytic oxidation polymerization can be performed by a two-electrode method or a three-electrode method. Potential-based polymerization (for example, low-potential polymerization, cyclic potential polymerization), voltage-based polymerization (for example, constant-voltage polymerization), current-based polymerization (for example, Constant current polymerization). In the case of the three-electrode method, a general reference electrode can be used, but a saturated calomel electrode (SCE), a silver / silver chloride electrode (Ag / AgCl), and a silver / silver ion electrode (Ag / Ag + ) are available. Often used. As the working electrode and the counter electrode, an indium tin oxide (hereinafter abbreviated as ITO) electrode, nesa glass, a platinum plate, a carbon electrode, or the like can be used.
The solvent has a high relative dielectric constant and dissolves the electrolyte well, and two or more kinds of solvents may be mixed. Specific examples of the solvent include acetonitrile, benzonitrile, propylene carbonate, alcohol, dichloromethane, chloroform, 1,2-dichloroethane, acetone, nitromethane, ethyl acetate, THF, pyridine, nitrobenzene, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, N , N-dimethylformamide, water and the like.
As the supporting electrolyte, a salt, ClO 4 , PF 6 that does not undergo an electrode reaction within the range of the electropolymerization potential (Ag / Ag + the range of the electrolysis potential +0.5 V to +1.8 V relative to the reference electrode). Metal salts containing anions such as BF 4 , CF 3 SO 3 , N (CF 3 SO 2 ) 2 and SbF 6 , onium salts and the like are used.

具体的には、支持電解質及び前記一般式(1)で表される化合物のうちW1及びW2が水素原子である化合物を溶解させたアセトニトリル等の溶剤溶液中に、ITOからなる作用電極、Ag/Ag からなる参照電極、及び白金板からなる対抗電極を浸積させる。参照電極に対して適切な電圧を作用電極に印加すると、作用電極上に前記一般式(1)のうちW1及びW2が水素原子である化合物で表される化合物の重合物が析出し、膜が形成される。次に、電解重合の反応を示す。 Specifically, in a solvent solution such as acetonitrile in which W1 and W2 are hydrogen atoms among the compounds represented by the general formula (1) and the supporting electrolyte, a working electrode made of ITO, Ag / A reference electrode made of Ag + and a counter electrode made of a platinum plate are immersed. When an appropriate voltage is applied to the working electrode with respect to the reference electrode, a polymer of a compound represented by the compound in which W1 and W2 are hydrogen atoms in the general formula (1) is deposited on the working electrode, and the film is formed. It is formed. Next, the reaction of electrolytic polymerization is shown.

Figure 2009099942
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電解重合法で得られる膜は、一般に、膜厚1〜1000nmの範囲で、僅かのみ着色膜である。この膜は通常酸化された状態であるため、有機半導体材料として十分な機能を発現させるためには、Ag/Ag参照電極に対し、−0.5 V〜−0.0 Vの任意の範囲で電圧を還元電流が流れなくなるまで印加してから使用することが好ましい。なお、電解重合法は、作用電極上に直接膜を形成させることができるので、製膜過程を省けるという点で好ましい。 The film obtained by the electropolymerization method is generally a colored film in a thickness range of 1 to 1000 nm. Since this film is usually in an oxidized state, an arbitrary range of −0.5 V to −0.0 V with respect to the Ag / Ag + reference electrode is required to develop a sufficient function as an organic semiconductor material. It is preferable to use after applying a voltage until no reduction current flows. The electrolytic polymerization method is preferable in that the film forming process can be omitted because the film can be directly formed on the working electrode.

また、前記一般式(1)で表される化合物のうちW1及びW2が水素原子である化合物を、酸化剤等を使用して溶液重合法等により高分子化させることも可能である。具体的には、前記一般式(1)で表される化合物のうちW1及びW2が水素原子である化合物をブタノール中に溶解させ、FeCl等の酸化剤を加えることで重合が進行し高分子が析出する。得られた高分子を水洗後、ヒドラジンヒドラートなどの還元剤で処理し、さらに、水洗とエタノール洗を繰り返すことで、所望の高分子有機半導体材料が得られる。 In addition, among the compounds represented by the general formula (1), a compound in which W1 and W2 are hydrogen atoms can be polymerized by a solution polymerization method or the like using an oxidizing agent or the like. Specifically, among the compounds represented by the general formula (1), a compound in which W1 and W2 are hydrogen atoms is dissolved in butanol, and the polymerization proceeds by adding an oxidizing agent such as FeCl 3. Precipitates. The obtained polymer is washed with water, then treated with a reducing agent such as hydrazine hydrate, and the desired polymer organic semiconductor material is obtained by repeating washing with water and washing with ethanol.

また、前記一般式(1)で表される化合物のうちW1及びW2が水素原子である化合物を酸化剤とともにアルコール中に溶解させ、この溶液を基板上に塗布した後、50〜200℃で加熱することで膜を形成させることが出来る。この膜をヒドラジンヒドラートなどの還元剤で処理することで、所望の高分子有機半導体材料よりなる膜を得ることが出来る。この溶液中には反応速度を制御する目的でイミダゾール、ピリジンなどの塩基を加えることが出来る。塗布方式としては特に制限は無く公知慣用の方法を使用できる。具体的には、グラビア法、リバース法、エアドクターコーター法、ブレードコーター法、エアナイフコーター法、スクイズコーター法、含浸コーター法、トランスファーロールコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレイコーター法、ダイ法、スピンコーター法、バーコーター法、反転印刷法、スクリーンコーター法等が挙げられる。なお、本方式による重合方法は、膜形成と有機半導体材料の合成を同時に行なうことから、製膜過程を省けるという点で好ましい。   Further, among the compounds represented by the general formula (1), a compound in which W1 and W2 are hydrogen atoms is dissolved in an alcohol together with an oxidizing agent, and this solution is applied on a substrate and then heated at 50 to 200 ° C. By doing so, a film can be formed. By treating this film with a reducing agent such as hydrazine hydrate, a film made of a desired polymer organic semiconductor material can be obtained. In this solution, a base such as imidazole or pyridine can be added for the purpose of controlling the reaction rate. There is no restriction | limiting in particular as an application | coating system, A well-known and usual method can be used. Specifically, gravure method, reverse method, air doctor coater method, blade coater method, air knife coater method, squeeze coater method, impregnation coater method, transfer roll coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, die method , Spin coater method, bar coater method, reverse printing method, screen coater method and the like. The polymerization method according to this method is preferable in that the film formation process can be omitted because the film formation and the organic semiconductor material are simultaneously synthesized.

また、前記一般式(1)で表される化合物のうちW1及びW2がハロゲン原子である化合物の場合には、下記の反応式のごとくNiゼロ価錯体などのカップリング試薬を用いて重縮合させることで所望の高分子有機半導体材料を得ることが出来る。   In the case where W1 and W2 are halogen atoms among the compounds represented by the general formula (1), polycondensation is performed using a coupling reagent such as a Ni zerovalent complex as shown in the following reaction formula. Thus, a desired polymer organic semiconductor material can be obtained.

Figure 2009099942
Figure 2009099942

また、前記一般式(1)で表される化合物のうちW1及びW2が(R3−O)B−もしくは(HO)B−である化合物の場合には、下記の反応式のごとくPd錯体をカップリング試薬に用いて重縮合させることで所望の高分子有機半導体材料を得ることが出来る。 In the case where the compound represented by the general formula (1) is a compound in which W1 and W2 are (R3-O) 2 B- or (HO) 2 B-, a Pd complex as shown in the following reaction formula: Can be used as a coupling reagent to obtain a desired polymer organic semiconductor material.

Figure 2009099942
Figure 2009099942

本発明の高分子有機半導体材料は、前記一般式(1)で表される化合物のうちW1及びW2が水素原子である化合物を重合せしめた場合には、赤外吸収スペクトル(IR)において、チオフェン環の2、5位の水素に由来するピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを判断できる。一方、前記一般式(1)で表される化合物のうちW1及びW2がハロゲン原子もしくは(R3−O)B−もしくは(HO)B−である化合物を重合せしめた場合には、チオフェン環の2、5位のハロゲンもしくはボロン酸エステルに由来するピーク(芳香環−ハロゲン(ボロン酸エステル)面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを判断できる。さらには、本発明による高分子有機半導体材料は、汎用の溶媒に非常に良く溶けるため、光散乱法あるいはゲルパーミネーションクロマトグラフィー(GPC)等による分子量の特定が可能である。 When the polymer organic semiconductor material of the present invention is obtained by polymerizing a compound represented by the general formula (1) in which W1 and W2 are hydrogen atoms, in the infrared absorption spectrum (IR), thiophene The disappearance of the peak derived from hydrogen at the 2nd and 5th positions of the ring (aromatic ring-H in-plane bending vibration) makes it possible to determine that the polymer was formed at the 2nd and 5th positions. On the other hand, when a compound represented by the general formula (1) in which W1 and W2 are halogen atoms or (R3-O) 2 B- or (HO) 2 B- is polymerized, a thiophene ring The peak derived from the halogen or boronate ester at positions 2 and 5 (aromatic ring-halogen (boronate ester) in-plane bending vibration) disappeared, and it was determined that the polymer was polymerized at positions 2 and 5 it can. Furthermore, since the polymer organic semiconductor material according to the present invention is very well soluble in a general-purpose solvent, the molecular weight can be specified by a light scattering method or gel permeation chromatography (GPC).

(高分子有機半導体材料薄膜)
本発明に係る高分子有機半導体材料薄膜について説明する。
本発明の高分子有機半導体材料は適当な有機溶媒と混合し、溶液または分散液として用いることができる。
(Polymer organic semiconductor material thin film)
The polymer organic semiconductor material thin film according to the present invention will be described.
The polymeric organic semiconductor material of the present invention can be mixed with an appropriate organic solvent and used as a solution or dispersion.

本発明の高分子有機半導体材料を含有する溶液を用いて高分子有機半導体材料薄膜を作製する場合、使用する有機溶媒は何を用いても構わず、また2種以上の有機溶媒を混合して用いてもよいが、好ましくは非ハロゲン系の溶媒を1種以上含んでおり、より好ましくは非ハロゲン系の溶媒のみで構成されていることが望ましい。本発明に用いられる非ハロゲン系溶媒としては、ヘキサン、オクタンなどの脂肪族系、シクロヘキサンなどの脂環式系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジエチルエーテル、アニソール、ベンジルエチルエーテル、エチルフェニルエーテル、ジフェニルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル等のエーテル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、エチルセロソルブ等のエステル系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、2−ヘキサノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン等のケトン系溶媒、その他ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチルホルムアミド、1,3−ジオキソラン等が挙げられる。   When producing a polymer organic semiconductor material thin film using a solution containing the polymer organic semiconductor material of the present invention, any organic solvent may be used, and two or more organic solvents may be mixed. It may be used, but preferably contains at least one non-halogen solvent, and more preferably comprises only non-halogen solvent. Non-halogen solvents used in the present invention include aliphatic solvents such as hexane and octane, alicyclic solvents such as cyclohexane, aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene, tetrahydrofuran, dioxane, and ethylene glycol diethyl ether. , Ether solvents such as anisole, benzyl ethyl ether, ethyl phenyl ether, diphenyl ether, and methyl-t-butyl ether, ester solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, and ethyl cellosolve, alcohol solvents such as methanol, ethanol, and isopropanol, acetone , Ketone solvents such as methyl ethyl ketone, cyclohexanone, 2-hexanone, 2-heptanone and 3-heptanone, other dimethylformamide, dimethylsulfoxide, diethylformamide, 1,3- Oxolane, and the like.

また、併用される有機溶剤は、特に制限されるものではないが、好ましいものとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ピロリドン、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、β−メトキシプロピオン酸メチル、β−エトキシプロピオン酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、ヘキサン、リモネン、シクロヘキサンなどが挙げられる。これらの有機溶媒は2種類以上を組合せて用いることもできる。   Further, the organic solvent used in combination is not particularly limited, but preferred examples include methanol, ethanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, Examples include methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl lactate, ethyl lactate, butyl lactate, methyl β-methoxypropionate, ethyl β-ethoxypropionate, propylene glycol monomethyl ether acetate, toluene, xylene, hexane, limonene, cyclohexane, etc. It is done. Two or more of these organic solvents can be used in combination.

また、エステル系溶剤としては、オキシイソ酪酸アルキルエステル等を用いてもよく、オキシイソ酪酸エステルとしては、α−メトキシイソ酪酸メチル、α−メトキシイソ酪酸エチル、α−エトキシイソ酪酸メチル、α−エトキシイソ酪酸エチルなどのα−アルコキシイソ酪酸アルキルエステル;β−メトキシイソ酪酸メチル、β−メトキシイソ酪酸エチル、β−エトキシイソ酪酸メチル、β−エトキシイソ酪酸エチルなどのβ−アルコキシイソ酪酸アルキルエステル;およびα−ヒドロキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸エチルなどのα−ヒドロキシイソ酪酸アルキルエステルが挙げられ、特にα−メトキシイソ酪酸メチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、β−エトキシイソ酪酸メチルまたはα−ヒドロキシイソ酪酸メチル等を用いることができる。   Further, as the ester solvent, oxyisobutyric acid alkyl ester or the like may be used, and as oxyisobutyric acid ester, α-methoxyisobutyrate methyl, α-methoxyisobutyrate ethyl, α-ethoxyisobutyrate methyl, α-ethoxyisobutyrate ethyl, etc. α-alkoxyisobutyric acid alkyl esters; β-alkoxyisobutyric acid alkyl esters such as methyl β-methoxyisobutyrate, ethyl β-methoxyisobutyrate, methyl β-ethoxyisobutyrate, ethyl β-ethoxyisobutyrate; and methyl α-hydroxyisobutyrate, α Α-hydroxyisobutyric acid alkyl esters such as ethyl-hydroxyisobutyrate, and in particular, methyl α-methoxyisobutyrate, methyl β-methoxyisobutyrate, methyl β-ethoxyisobutyrate or methyl α-hydroxyisobutyrate may be used. it can.

本発明の高分子有機半導体材料薄膜は、本発明の有機半導体材料を前記有機溶媒と混合して調製した、室温で溶液または分散液を用いて膜形成する工程を経て作製されることが好ましい。ここで、室温で溶液または分散液とは、有機半導体材料と有機溶媒とを10℃〜80℃の条件下で混合した時に、溶液または分散液が形成されることが好ましく、分散液とは、有機半導体材料が粒子状に分散された状態を表すが、分散液中に、有機半導体材料が部分的溶解している状態も含まれる。
また、分散液の一態様としては、例えば、80℃の温度条件下では溶解し、溶液を形成するが、室温(通常25℃前後の温度を示す)に戻すと有機半導体材料の粒子、凝集体、析出物等が有機溶媒中に分散されている状態等を挙げることが出来る。
The polymer organic semiconductor material thin film of the present invention is preferably produced through a step of forming a film using a solution or a dispersion at room temperature, prepared by mixing the organic semiconductor material of the present invention with the organic solvent. Here, the solution or dispersion at room temperature preferably forms a solution or dispersion when the organic semiconductor material and the organic solvent are mixed under conditions of 10 ° C. to 80 ° C. The state in which the organic semiconductor material is dispersed in a particulate form is shown, but the state in which the organic semiconductor material is partially dissolved in the dispersion is also included.
Further, as one embodiment of the dispersion, for example, it dissolves under a temperature condition of 80 ° C. to form a solution, but when returned to room temperature (usually showing a temperature of about 25 ° C.), particles or aggregates of organic semiconductor material And a state in which precipitates are dispersed in an organic solvent.

塗布方式としては特に制限は無く公知慣用の方法を使用できる。具体的には、グラビア法、リバース法、エアドクターコーター法、ブレードコーター法、エアナイフコーター法、スクイズコーター法、含浸コーター法、トランスファーロールコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレイコーター法、ダイ法、スピンコーター法、バーコーター法、反転印刷法、スクリーンコーター等が挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular as an application | coating system, A well-known and usual method can be used. Specifically, gravure method, reverse method, air doctor coater method, blade coater method, air knife coater method, squeeze coater method, impregnation coater method, transfer roll coater method, kiss coater method, cast coater method, spray coater method, die method , Spin coater method, bar coater method, reverse printing method, screen coater and the like.

(有機半導体デバイス)
本発明の有機半導体デバイスについて説明する。
本発明の高分子有機半導体材料は、高分子有機半導体膜として、有機半導体デバイス等の半導体層に用いられることにより、良好に駆動する有機半導体デバイス、有機ダイオード等を提供することができる。
(Organic semiconductor device)
The organic semiconductor device of the present invention will be described.
When the polymer organic semiconductor material of the present invention is used as a polymer organic semiconductor film in a semiconductor layer such as an organic semiconductor device, it can provide an organic semiconductor device, an organic diode, and the like that are driven well.

有機ダイオードは単純には、基材上に電極、有機半導体薄膜、電極の順に積層したサンドイッチ構造よりなる(図1参照)。   An organic diode simply has a sandwich structure in which an electrode, an organic semiconductor thin film, and an electrode are laminated in this order on a substrate (see FIG. 1).

本発明において、電極を形成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ITOおよび炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。   In the present invention, the material for forming the electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, Iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium , Magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture Things, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, lithium / aluminum mixture, etc. are used, in particular, platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, ITO and carbon are preferable. Alternatively, known conductive polymers whose conductivity is improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid, and the like are also preferably used.

電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。更に導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。   As a method for forming an electrode, a method for forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method, using a conductive thin film formed by a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, or a metal foil such as aluminum or copper There is a method of etching using a resist by thermal transfer, ink jet or the like. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, or a conductive fine particle dispersion may be directly patterned by ink jetting, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Furthermore, a method of patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste, or the like by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.

また、基材にはガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。このように、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。   Further, the substrate is made of glass or a flexible resin sheet, and for example, a plastic film can be used as the sheet. Examples of the plastic film include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC). And a film made of cellulose triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), or the like. Thus, by using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, the portability can be improved, and the resistance to impact can be improved.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。ここで、数平均分子量及び重量平均分子量については、テトラヒドロフランを溶媒として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(島津製作所製:LC−10Avp)によりポリスチレン換算の数平均分子量を求めた。
なお、特に断わりのない限り「%」は質量基準である。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto. Here, regarding the number average molecular weight and the weight average molecular weight, the number average molecular weight in terms of polystyrene was determined by gel permeation chromatography (GPC) (manufactured by Shimadzu Corporation: LC-10Avp) using tetrahydrofuran as a solvent.
Unless otherwise specified, “%” is based on mass.

(合成例1 式(A)で表される化合物の合成)

Figure 2009099942
(A)
400mLの濃硫酸、600mLの発煙濃硫酸、及び325mLの濃硝酸よりなる室温下の混酸に、350gの2,5−ジブロモチオフェン(アルドリッチ製)を反応液の温度を20〜30℃に維持しながら滴下した。滴下後、反応溶液に氷水を加え、析出した粉末を濾別し、メタノールより再結晶することで、2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェン144gを得た。 (Synthesis Example 1 Synthesis of Compound Represented by Formula (A))
Figure 2009099942
(A)
350 g of 2,5-dibromothiophene (manufactured by Aldrich) was added to a mixed acid at room temperature consisting of 400 mL of concentrated sulfuric acid, 600 mL of fuming concentrated sulfuric acid, and 325 mL of concentrated nitric acid while maintaining the temperature of the reaction solution at 20-30 ° C. It was dripped. After dropping, ice water was added to the reaction solution, and the precipitated powder was filtered off and recrystallized from methanol to obtain 144 g of 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene.

Figure 2009099942
Figure 2009099942

30gの塩化パラジウムを、300mLのメタノールと300mLの水よりなる混合溶媒中で1.4×10Pa下の水素で還元した。次に7.5mLの濃硫酸、10gの2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェンをこの順に加え、1.4×10Paの水素下で1時間30分攪拌した。反応液を濾過し、濾液に200mLのメタノールを加えよく攪拌した後、減圧下濃縮することで、3,4−ジアミノチオフェンの酸性水溶液を得た。 30 g of palladium chloride was reduced with hydrogen under 1.4 × 10 5 Pa in a mixed solvent consisting of 300 mL of methanol and 300 mL of water. Next, 7.5 mL of concentrated sulfuric acid and 10 g of 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene were added in this order, and the mixture was stirred for 1 hour 30 minutes under 1.4 × 10 5 Pa of hydrogen. The reaction solution was filtered, 200 mL of methanol was added to the filtrate and stirred well, and then concentrated under reduced pressure to obtain an acidic aqueous solution of 3,4-diaminothiophene.

Figure 2009099942
Figure 2009099942

得た3,4−ジアミノチオフェンの酸性水溶液に、炭酸ナトリウムとホスゲンを1時間作用させた後、減圧濃縮した。得られた固体を10−4Pa下125〜150℃で昇華精製した後、メタノール/エタノール(1/1=体積/体積)混合溶媒から再結晶することで、化合物「UT」を0.35g(2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェンからの収率で50%)得た。 Sodium carbonate and phosgene were allowed to act on the obtained acidic aqueous solution of 3,4-diaminothiophene for 1 hour, followed by concentration under reduced pressure. The obtained solid was purified by sublimation at 125 ° C. to 150 ° C. under 10 −4 Pa, and then recrystallized from a methanol / ethanol (1/1 = volume / volume) mixed solvent to obtain 0.35 g of compound “UT” ( 50% yield from 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene).

Figure 2009099942
Figure 2009099942

アルゴン気流下、310mLのDMFに、「UT」9.6gと、NaH4gをこの順に加え、24.4gのMeIを溶解した40mLのDMF溶液を20分かけて滴下した後、この反応液を5時間攪拌した。30mLの水を加え反応を停止し、200gの氷を加え、氷が解けるまで攪拌し、酢酸エチルで抽出後、有機層を30%食塩水で洗い、硫酸マグネシウムで乾燥後、濃縮した。こうして得られた濃縮物を、カラムクロマトグラフィー(担体:シリカゲル、展開溶媒:酢酸エチル/ジクロロメタン=1/1=体積/体積)を用いて精製し、式(A)で表される化合物「DMUT」を白色粉末として得た(7g、2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェンからの収率で61%)。 Under an argon stream, 9.6 g of “UT” and 4 g of NaH were added in this order to 310 mL of DMF, and 40 mL of DMF solution in which 24.4 g of MeI was dissolved was added dropwise over 20 minutes, and then the reaction solution was added for 5 hours. Stir. The reaction was stopped by adding 30 mL of water, 200 g of ice was added, and the mixture was stirred until the ice thawed. After extraction with ethyl acetate, the organic layer was washed with 30% brine, dried over magnesium sulfate, and concentrated. The concentrate thus obtained was purified using column chromatography (carrier: silica gel, developing solvent: ethyl acetate / dichloromethane = 1/1 = volume / volume), and the compound “DMUT” represented by the formula (A) Was obtained as a white powder (7 g, 61% yield from 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene).

Figure 2009099942
Figure 2009099942

(合成例2 式(B)で表される化合物の合成) (Synthesis Example 2 Synthesis of Compound Represented by Formula (B))

Figure 2009099942
(B)
Figure 2009099942
(B)

アルゴン気流下、250mLのDMFに、NaH2.6gと、合成例1で得た「UT」9.6gをこの順に加え、15.2gのMeIを溶解した50mLのDMF溶液を徐々に滴下し、室温で3時間攪拌した。30mLの水を加え反応を停止し、酢酸エチルで抽出後、得られた固体をテトラヒドロフラン/メタノール混合溶媒から3回再結晶することで、式(B)で表される化合物「MMUT」を白色粉末として得た(0.56g、2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェンからの収率で5%)。   Under argon flow, 2.6 g of NaH and 9.6 g of “UT” obtained in Synthesis Example 1 were added in this order to 250 mL of DMF, and 50 mL of DMF solution in which 15.2 g of MeI was dissolved was gradually added dropwise to room temperature. For 3 hours. The reaction was stopped by adding 30 mL of water, and after extracting with ethyl acetate, the resulting solid was recrystallized three times from a tetrahydrofuran / methanol mixed solvent to obtain the compound “MMUT” represented by the formula (B) as a white powder. (0.56 g, 5% yield from 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene).

(合成例3 式(C)で表される化合物の合成) (Synthesis Example 3 Synthesis of Compound Represented by Formula (C))

Figure 2009099942
(C)
Figure 2009099942
(C)

合成例1のMeI、24.4gを臭化ペンチル26.0gにした以外は合成例1と同様にして、式(C)で表される化合物「DPUT」を針状結晶として得た(8g、2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェンからの収率で42%)。   The compound “DPUT” represented by the formula (C) was obtained as a needle-like crystal in the same manner as in Synthesis Example 1 except that 24.4 g of MeI of Synthesis Example 1 was changed to 26.0 g of pentyl bromide (8 g, 42% yield from 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene).

(合成例4 式(D)で表される化合物の合成) (Synthesis Example 4 Synthesis of Compound Represented by Formula (D))

Figure 2009099942
(D)
Figure 2009099942
(D)

合成例2のMeI、15.2gを臭化ペンチル16.0gにした以外は合成例2と同様にして、式(D)で表される化合物「MPUT」を黄色液体として得た(1.1g、2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェンからの収率で7%)。 The compound “MPUT” represented by the formula (D) was obtained as a yellow liquid in the same manner as in Synthesis Example 2 except that 15.2 g of MeI of Synthesis Example 2 was changed to 16.0 g of pentyl bromide (1.1 g , 7% yield from 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene).

(合成例5 式(E)で表される化合物の合成) (Synthesis Example 5 Synthesis of Compound Represented by Formula (E))

Figure 2009099942

(E)
Figure 2009099942

(E)

合成例1で得た「DMUT」6.6gをDMF60mLに溶解し、これをアイスバスを用いて冷却した。ここに、N−ブロモスクシニックイミド(NBS)15.5gとDMF60mLよりなる溶液を滴下した。滴下終了後、DMF10mLを加え、1時間室温で攪拌した。その後、反応液を氷水にあけ、得られた粉末を濾別し、これを水500mL、エタノール10mLで洗浄した後、真空乾燥することで、式(E)で表される化合物「DBr−DMUT」を淡黄色粉末として得た(10g、収率82%)。   6.6 g of “DMUT” obtained in Synthesis Example 1 was dissolved in 60 mL of DMF, and this was cooled using an ice bath. A solution consisting of 15.5 g of N-bromosuccinic imide (NBS) and 60 mL of DMF was added dropwise thereto. After completion of the dropwise addition, 10 mL of DMF was added and stirred at room temperature for 1 hour. Thereafter, the reaction solution was poured into ice water, the obtained powder was filtered off, washed with 500 mL of water and 10 mL of ethanol, and then vacuum-dried, whereby the compound “DBr-DMUT” represented by the formula (E) was obtained. Was obtained as a pale yellow powder (10 g, 82% yield).

(参考例1 「UT」を重合してなる高分子化合物「PUT」の製造)
31gのアセトニトリルに過塩素酸テトラブチルアンモニウムを0.875g、合成例1で得た「UT」を0.073g溶解し電解溶液を調製した。これを、作用電極および対電極としてITO電極付ガラス(1.5×7cm=10.5cm )、参照電極としてAg/Agを取り付けた電解槽に入れ、室温下、エーエルエス製電気化学アナライザーモデル760Bを用いて、電解電位1.3V(Ag/Ag に対しての電位、以下同様)で2分間電解重合を行い、その後、−0.8Vを2分間印加し、作用電極上に僅かのみ青色のかかった透明性を有する高分子化合物よりなる膜が形成された。該膜を電極上から取り出した後、真空ラインを用いて乾燥した。その結果、該高分子化合物の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
(Reference Example 1 Production of polymer compound “PUT” obtained by polymerizing “UT”)
An electrolytic solution was prepared by dissolving 0.875 g of tetrabutylammonium perchlorate and 0.073 g of “UT” obtained in Synthesis Example 1 in 31 g of acetonitrile. This was put in an electrolytic cell equipped with ITO electrode glass (1.5 × 7 cm = 10.5 cm 2 ) as a working electrode and a counter electrode, and Ag / Ag + as a reference electrode, and an electrochemical analyzer model manufactured by ALS at room temperature. Using 760B, electrolytic polymerization was performed for 2 minutes at an electrolytic potential of 1.3 V (potential with respect to Ag / Ag + , the same applies hereinafter), and then −0.8 V was applied for 2 minutes. A film made of a transparent polymer compound with blue color was formed. The membrane was removed from the electrode and dried using a vacuum line. As a result, the infrared absorption spectrum of the polymer compound showed the following absorption.

1693s,1480s,1428s,1324s, 1221s,1100s,1043m,720−600m,576m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1693 s, 1480 s, 1428 s, 1324 s, 1221 s, 1100 s, 1043 m, 720-600 m, 576 m (numbers indicate absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively).

チオフェン環の2、5位の水素に由来する1158のピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。従って、該膜は、「UT」の重合物「PUT」であることが確認された。
The disappearance of the 1158 peak (aromatic ring-H in-plane bending vibration) derived from hydrogen at the 2nd and 5th positions of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at the 2nd and 5th positions.
All of the above measurement results are in KBr pellets. Accordingly, the membrane was confirmed to be a polymer “PUT” of “UT”.

(参考例2 「UT」を重合してなる高分子化合物「PUT」の製造)
イミダゾール1.3g、「UT」1.4gおよびブタノール10gを混合し、これをp−トルエンスルホン酸鉄(III)11.5gおよびブタノール10gよりなる混合液に加え、攪拌・混合し、ガラス基材上にスピンコートする(1000rpm、30秒)。スピンコート後、120℃で2分間加熱しメタノール、ヒドラジンヒドラートで漱ぎ、乾燥することで高分子化合物よりなる膜を得た。該膜をガラス基板上から取り出した後、真空ラインを用いて乾燥した。その結果、該高分子化合物の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
(Reference Example 2 Production of polymer compound “PUT” obtained by polymerizing “UT”)
1.3 g of imidazole, 1.4 g of “UT” and 10 g of butanol are mixed, and this is added to a mixed solution composed of 11.5 g of iron (III) p-toluenesulfonate and 10 g of butanol, and is stirred and mixed. Spin coat on top (1000 rpm, 30 seconds). After spin coating, the film was heated at 120 ° C. for 2 minutes, rinsed with methanol and hydrazine hydrate, and dried to obtain a film made of a polymer compound. The film was taken out from the glass substrate and dried using a vacuum line. As a result, the infrared absorption spectrum of the polymer compound showed the following absorption.

1693s,1480s,1428s,1324s, 1221s,1100s,1043m,720−600m,576m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1693 s, 1480 s, 1428 s, 1324 s, 1221 s, 1100 s, 1043 m, 720-600 m, 576 m (numbers indicate absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively).

チオフェン環の2、5位の水素に由来する1158のピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。従って、該膜は、「UT」の重合物「PUT」であることが確認された。
The disappearance of the 1158 peak (aromatic ring-H in-plane bending vibration) derived from hydrogen at the 2nd and 5th positions of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at the 2nd and 5th positions.
All of the above measurement results are in KBr pellets. Accordingly, the membrane was confirmed to be a polymer “PUT” of “UT”.

(実施例1)
参考例1において、化合物「UT」の代わりに合成例1で得た式(A)で表される化合物「DMUT」を使用した以外は、参考例1と同様にして作用電極上に僅かのみオレンジ色のかかった透明性を有する膜を得た。該膜を電極上から取り出した後、真空ラインを用いて乾燥した。該膜の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
Example 1
In Reference Example 1, the compound “DMUT” represented by the formula (A) obtained in Synthesis Example 1 was used instead of the compound “UT”. A colored transparent film was obtained. The membrane was removed from the electrode and dried using a vacuum line. The infrared absorption spectrum of the film showed the following absorption.

1727s、1561m、1451s、1382s、1256m、1072s、985m、807m、743m、622m、576m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1727 s, 1561 m, 1451 s, 1382 s, 1256 m, 1072 s, 985 m, 807 m, 743 m, 622 m, 576 m (numbers indicate absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively. )

上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。チオフェン環の2、5位の水素に由来する1152のピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
従って、該膜は、式(A)で表される化合物の重合物「PDMUT」であることが確認された。
得られた「PDMUT」のポリスチレン換算数平均分子量は、7.5x10 であった。
All of the above measurement results are in KBr pellets. The disappearance of the 1152 peak (aromatic ring-H in-plane bending vibration) derived from hydrogen at positions 2 and 5 of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at positions 2 and 5.
Therefore, it was confirmed that the film was a polymer “PDMUT” of the compound represented by the formula (A).
The number average molecular weight in terms of polystyrene of the obtained “PDMUT” was 7.5 × 10 3 .

(実施例2)
参考例2において、化合物「UT」の変わりに合成例1で得た式(A)で表される化合物「DMUT」を使用した以外は、参考例2と同様にしてガラス基板上にオレンジ色のかかった透明性を有する膜を得た。該膜を電極上から取り出した後、真空ラインを用いて乾燥した。該膜の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
(Example 2)
In Reference Example 2, the compound “DMUT” represented by the formula (A) obtained in Synthesis Example 1 was used in place of the compound “UT” in the same manner as in Reference Example 2 except that an orange color was formed on the glass substrate. A film having such transparency was obtained. The membrane was removed from the electrode and dried using a vacuum line. The infrared absorption spectrum of the film showed the following absorption.

1727s、1561m、1451s、1382s、1256m、1072s、985m、807m、743m、622m、576m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1727 s, 1561 m, 1451 s, 1382 s, 1256 m, 1072 s, 985 m, 807 m, 743 m, 622 m, 576 m (numbers indicate absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively. )

上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。チオフェン環の2、5位の水素に由来する1152のピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
従って、該膜は、式(A)で表される化合物の重合物「PDMUT」であることが確認された。
得られた「PDMUT」のポリスチレン換算数平均分子量は、5.5x10 であった。
All of the above measurement results are in KBr pellets. The disappearance of the 1152 peak (aromatic ring-H in-plane bending vibration) derived from hydrogen at positions 2 and 5 of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at positions 2 and 5.
Therefore, it was confirmed that the film was a polymer “PDMUT” of the compound represented by the formula (A).
The number average molecular weight in terms of polystyrene of the obtained “PDMUT” was 5.5 × 10 3 .

(実施例3)
塩化鉄(III)11gをアセトニトリル1Lに溶解させ、ここに、合成例1で得た式(A)で表される化合物「DMUT」2.8gとアセトニトリル100mLを混合した分散液を滴下した。室温で15時間攪拌した後、反応液を濾別し、黒色粉末を得た。この粉末を、ヒドラジンヒドラート、エタノール、純水で洗浄し、クロロホルムに溶解させ、メタノールを用いて再沈殿を行った。こうして得られた再沈殿物を再度、水、エタノールで洗浄し、真空ラインを用いた乾燥を経て、淡黄色の粉末を得た。この粉末の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
(Example 3)
11 g of iron (III) chloride was dissolved in 1 L of acetonitrile, and a dispersion obtained by mixing 2.8 g of the compound “DMUT” represented by the formula (A) obtained in Synthesis Example 1 and 100 mL of acetonitrile was added dropwise thereto. After stirring at room temperature for 15 hours, the reaction solution was separated by filtration to obtain a black powder. This powder was washed with hydrazine hydrate, ethanol and pure water, dissolved in chloroform, and reprecipitated using methanol. The reprecipitate thus obtained was washed again with water and ethanol, and dried using a vacuum line to obtain a pale yellow powder. The infrared absorption spectrum of this powder showed the following absorption.

1727s、1561m、1451s、1382s、1256m、1072s、985m、807m、743m、622m、576m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1727 s, 1561 m, 1451 s, 1382 s, 1256 m, 1072 s, 985 m, 807 m, 743 m, 622 m, 576 m (numbers indicate absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively. )

上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。チオフェン環の2、5位の水素に由来する1152のピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
従って、該粉末は、式(A)で表される化合物の重合物「PDMUT」であることが確認された。
得られた「PDMUT」のポリスチレン換算数平均分子量は、3.0x10 であった。
All of the above measurement results are in KBr pellets. The disappearance of the 1152 peak (aromatic ring-H in-plane bending vibration) derived from hydrogen at positions 2 and 5 of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at positions 2 and 5.
Therefore, it was confirmed that the powder was a polymer “PDMUT” of the compound represented by the formula (A).
The number average molecular weight in terms of polystyrene of the obtained “PDMUT” was 3.0 × 10 3 .

(実施例4)
アルゴンガス下、Ni(COD)490mgをDMF6mLに加え、ここに、ビピリジン289mg及びシクロオクタジエン163mgを加えた。ここに、合成例5で得た式(E)で表される化合物「DBr−DMUT」502mgを加え60℃で15時間攪拌した。その後、反応液を氷水にあけ、固形粉末を濾別した。この粉末を、メタノールと塩酸1:1混合液、エタノール、トルエンを用いて洗浄し、クロロホルムに溶解させ、メタノールを用いて再沈殿を行った。こうして得られた再沈殿物を再度、水、エタノールで洗浄し、真空ラインを用いた乾燥を経て、淡黄色の粉末を得た。
この粉末の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
Example 4
Under argon gas, 490 mg of Ni (COD) 2 was added to 6 mL of DMF, and 289 mg of bipyridine and 163 mg of cyclooctadiene were added thereto. To this, 502 mg of the compound “DBr-DMUT” represented by the formula (E) obtained in Synthesis Example 5 was added and stirred at 60 ° C. for 15 hours. Thereafter, the reaction solution was poured into ice water, and the solid powder was separated by filtration. This powder was washed with a 1: 1 mixture of methanol and hydrochloric acid, ethanol and toluene, dissolved in chloroform, and reprecipitated with methanol. The reprecipitate thus obtained was washed again with water and ethanol, and dried using a vacuum line to obtain a pale yellow powder.
The infrared absorption spectrum of this powder showed the following absorption.

1727s、1561m、1451s、1382s、1256m、1072s、985m、807m、743m、622m、576m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1727 s, 1561 m, 1451 s, 1382 s, 1256 m, 1072 s, 985 m, 807 m, 743 m, 622 m, 576 m (numbers indicate absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively. )

上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。チオフェン環の2、5位の臭素に由来する1100のピーク(芳香環−臭素面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
従って、該粉末は、式(A)で表される化合物の重合物「PDMUT」であることが確認された。
得られた「PDMUT」のポリスチレン換算数平均分子量は、4.0x10 であった。
All of the above measurement results are in KBr pellets. The disappearance of the 1100 peak (aromatic ring-bromine in-plane bending vibration) derived from bromine at positions 2 and 5 of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at positions 2 and 5.
Therefore, it was confirmed that the powder was a polymer “PDMUT” of the compound represented by the formula (A).
The number average molecular weight in terms of polystyrene of the obtained “PDMUT” was 4.0 × 10 3 .

(実施例5)
実施例1において、式(A)で表される化合物DMUTの代わりに合成例2で得た式(B)で表される化合物「MMUT」を使用した以外は、実施例1と同様にして作用電極上に僅かのみ黄色のかかった透明性を有する膜を得た。該膜を電極上から取り出した後、真空ラインを用いて乾燥した。該膜の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
(Example 5)
In Example 1, the compound “MMUT” represented by the formula (B) obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the compound DMUT represented by the formula (A). A transparent film having a slight yellow color on the electrode was obtained. The membrane was removed from the electrode and dried using a vacuum line. The infrared absorption spectrum of the film showed the following absorption.

1682s,1450s,1418s,1290s, 1216s,1099s,1048m,720−600m,580m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1682 s, 1450 s, 1418 s, 1290 s, 1216 s, 1099 s, 1048 m, 720-600 m, 580 m (numbers indicate the absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively).

上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。チオフェン環の2、5位の水素に由来する1152のピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
従って、該膜は、式(B)で表される化合物の重合物「PMMUT」であることが確認された。
All of the above measurement results are in KBr pellets. The disappearance of the 1152 peak (aromatic ring-H in-plane bending vibration) derived from hydrogen at positions 2 and 5 of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at positions 2 and 5.
Therefore, it was confirmed that the film was a polymer “PMMUT” of the compound represented by the formula (B).

(実施例6)
実施例1において、式(A)で表される化合物DMUTの代わりに合成例3で得た式(C)で表される化合物「DPUT」を使用した以外は、実施例1と同様にして作用電極上に僅かのみ黄色のかかった透明性を有する膜を得た。該膜を電極上から取り出した後、真空ラインを用いて乾燥した。該膜の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
(Example 6)
In Example 1, the same operation as in Example 1 was carried out except that the compound “DPUT” represented by the formula (C) obtained in Synthesis Example 3 was used instead of the compound DMUT represented by the formula (A). A transparent film having a slight yellow color on the electrode was obtained. The membrane was removed from the electrode and dried using a vacuum line. The infrared absorption spectrum of the film showed the following absorption.

1713s,1553s、1452s,1396s,1360s,1103s,839s,750−600m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1713 s, 1553 s, 1452 s, 1396 s, 1360 s, 1103 s, 839 s, 750-600 m (numbers indicate the absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively).

上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。チオフェン環の2、5位の水素に由来する1150のピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
従って、該膜は、式(C)で表される化合物の重合物「PDPUT」であることが確認された。
All of the above measurement results are in KBr pellets. The disappearance of the 1150 peak (aromatic ring-H in-plane bending vibration) derived from hydrogen at positions 2 and 5 of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at positions 2 and 5.
Therefore, it was confirmed that the film was a polymer “PDPUT” of the compound represented by the formula (C).

(実施例7)
実施例1において、式(A)で表される化合物DMUTの代わりに合成例4で得た式(D)で表される化合物「MPUT」を使用した以外は、実施例1と同様にして作用電極上に僅かのみ黄色のかかった透明性を有する膜を得た。該膜を電極上から取り出した後、真空ラインを用いて乾燥した。該膜の赤外吸収スペクトルは下記の吸収を示した。
(Example 7)
In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the compound “MPUT” represented by the formula (D) obtained in Synthesis Example 4 was used instead of the compound DMUT represented by the formula (A). A transparent film having a slight yellow color on the electrode was obtained. The membrane was removed from the electrode and dried using a vacuum line. The infrared absorption spectrum of the film showed the following absorption.

1717s,1692s、1551s、1450s,1389s,1169s,750−600m(数字はcm−1で示した吸収位置を示す。m,sはそれぞれ中位の吸収、強い吸収を示す。) 1717 s, 1692 s, 1551 s, 1450 s, 1389 s, 1169 s, 750-600 m (the numbers indicate the absorption positions indicated by cm −1 , m and s indicate intermediate absorption and strong absorption, respectively).

上記の測定結果はいずれもKBrペレット中でのものである。チオフェン環の2、5位の水素に由来する1088のピーク(芳香環−H面内変角振動)が消失することで、2、5位で高分子化されたことを確認した。
従って、該膜は、式(D)で表される化合物の重合物「PMPUT」であることが確認された。
All of the above measurement results are in KBr pellets. The disappearance of the 1088 peak (aromatic ring-H in-plane bending vibration) derived from hydrogen at positions 2 and 5 of the thiophene ring confirmed that the polymer was polymerized at positions 2 and 5.
Therefore, it was confirmed that the film was a polymer “PPMUT” of the compound represented by the formula (D).

(実施例8 有機半導体デバイス評価)
スパッタ法により100nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板に、実施例4で得た「PDMUT」が1.5wt%となるように調製したトルエン溶液を用いてスピンコートにより1500rpmの回転速度で成膜した。次に減圧下80℃で1時間乾燥した後、対極として、アルミニウムを約30nm蒸着して、ダイオード素子を作製した。得られた素子に電圧を引加すると素子は整流作用を示すことがわかり(図2参照)、即ち半導体特性を示すことが判った。
(Example 8 organic semiconductor device evaluation)
Using a toluene solution prepared so that the “PDMUT” obtained in Example 4 was 1.5 wt% on a glass substrate on which an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering, spin coating was performed at a rotational speed of 1500 rpm. Filmed. Next, after drying at 80 ° C. for 1 hour under reduced pressure, about 30 nm of aluminum was evaporated as a counter electrode to produce a diode element. It was found that when a voltage was applied to the obtained element, the element exhibited a rectifying action (see FIG. 2), that is, exhibited semiconductor characteristics.

(実施例9 有機半導体デバイス評価)
スパッタ法により100nmの厚みでITO膜を付けたガラス基板に、実施例2に記載の方法で「PDMUT」を成膜した。次に減圧下80℃で1時間乾燥した後、対極として、アルミニウムを約30nm蒸着して、ダイオード素子を作製した。得られた素子に電圧を引加すると、素子は整流作用を示すことがわかり(図2参照)、即ち半導体特性を示すことが判った。
(Example 9 organic semiconductor device evaluation)
“PDMUT” was formed by the method described in Example 2 on a glass substrate on which an ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering. Next, after drying at 80 ° C. for 1 hour under reduced pressure, about 30 nm of aluminum was evaporated as a counter electrode to produce a diode element. It was found that when a voltage was applied to the obtained element, the element exhibited a rectifying action (see FIG. 2), that is, exhibited semiconductor characteristics.

(比較例1 有機半導体デバイス評価)
参考例2に記載の方法で「PUT」膜を使用した以外は実施例9と同様にして素子を作製した。得られた素子は、整流作用ではなくオーム挙動を示した(図3参照)。このことは「PUT」が半導体特性を示さないことを示している。
(Comparative example 1 organic semiconductor device evaluation)
A device was fabricated in the same manner as in Example 9 except that the “PUT” film was used in the method described in Reference Example 2. The resulting device showed an ohmic behavior rather than a rectifying action (see FIG. 3). This indicates that “PUT” does not exhibit semiconductor properties.

本発明に係る有機半導体デバイスの具体的態様である有機ダイオードの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the organic diode which is a specific aspect of the organic-semiconductor device which concerns on this invention. 実施例の高分子有機半導体デバイスの半導体特性の結果である。It is a result of the semiconductor characteristic of the polymer organic semiconductor device of an Example. 比較例デバイスの電流−電圧特性の結果である。It is a result of the current-voltage characteristic of a comparative example device.

符号の説明Explanation of symbols

1:基材
2:電極
3:有機半導体薄膜
4:電極
1: Base material 2: Electrode 3: Organic semiconductor thin film 4: Electrode

Claims (3)

一般式(1)
Figure 2009099942
(式(1)中、R1およびR2は、各々独立して、水素原子または炭素原子数1〜16のアルキル基を表し(但しR1およびR2が水素原子である場合を除く)、W1およびW2は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、(HO)B−及び(R3−O)B−からなる群から選択される少なくとも1つの基を表し、R3は炭素原子数1〜12のアルキル基を表す。)で表される化合物を重合してなる高分子有機半導体材料。
General formula (1)
Figure 2009099942
(In formula (1), R1 and R2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms (except when R1 and R2 are hydrogen atoms), and W1 and W2 are Each independently represents at least one group selected from the group consisting of a hydrogen atom, a halogen atom, (HO) 2 B— and (R 3 —O) 2 B—, wherein R 3 has 1 to 12 carbon atoms A high molecular organic semiconductor material obtained by polymerizing a compound represented by the following formula:
請求項1記載の高分子有機半導体材料を含有することを特徴とする高分子有機半導体材料薄膜。 A polymer organic semiconductor material thin film comprising the polymer organic semiconductor material according to claim 1. 請求項1記載の高分子有機半導体材料を半導体層に用いることを特徴とする有機半導体デバイス。 An organic semiconductor device comprising the polymer organic semiconductor material according to claim 1 as a semiconductor layer.
JP2008177819A 2007-09-26 2008-07-08 High molecular organic semiconductor material, high molecular organic semiconductor thin film and organic semiconductor device Pending JP2009099942A (en)

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