JP2009541501A - チアゾロチアゾール誘導体およびそれを用いた有機電子素子 - Google Patents
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Abstract
Description
nは1〜1000の整数であり、より好ましくは10〜1000の整数であり、
ArおよびAr’は互いに同一または異なり、独立して共役構造を有する2価の環状もしくは非環状の炭化水素基、または共役構造を有する2価の複素環基であり、
AとBは互いに同一または異なり、独立して共役構造を有する2価の環状もしくは非環状の炭化水素基、共役構造を有する2価の複素環基、または下記非環式基(acyclic group)である。
R1およびR2は互いに同一または異なり、独立して水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
R1および/またはR2に含まれる互いに隣接していない2以上の炭素原子はO、S、NH、−NRO−、SiROROO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換のヘテロアリール基によって連結されてもよく、ここで、ROとROOは互いに同一または異なり、独立して水素、アリールまたは炭素数1〜12のアルキル基であり、
R1とR2は互いに連結されて環を形成してもよい。
前記化学式1は下記化学式2の構造単位を含むことができる。
R5〜R8は互いに同一または異なり、独立して水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
R5〜R8に含まれる互いに隣接していない2以上の炭素原子はO、S、NH、−NRO−、SiROROO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基によって連結されてもよく、ここで、ROとROOは互いに同一または異なり、独立して水素、アリールまたは炭素数1〜12のアルキル基であり、
R5〜R8のうちの2以上が互いに連結されて環を形成してもよく、
n、x、y、z、AおよびBは化学式1で定義した通りである。
n、x、yは化学式1で定義した通りである。
活性化させたマグネシウム(1.22g;50mmol)に乾燥されたエチルエーテル(40ml)を加え、1−ブロモドデカン(12.46g;50mmol)を加えて、グリニャール試薬(Grignard reagent)を作った後、Ni(dppp)Cl2(33mg)を加え、10mlのエーテルに溶かした3−ブロモチオフェン(3−bromothiophene)(8g;49mmol)を徐々に滴加した。反応液を1日間還流した後、2NのHCl/氷混合液(50ml)を加えて反応を終了した。エチルエーテルで抽出した後、溶媒を減圧蒸留して除去し、残留物をDMF(50ml)に溶かした後、濾過して残っているパラフィンを除去した。濾液を濃縮した後、残っていた残留物を真空上で蒸留し、無色の液体である3−ドデシルチオフェン(3−dodecylthiophene)(10.5g;85%)を得た。
N−ブロモスクシンイミド(N−bromosuccinimide;NBS)(48g;0.27mol)をDMF(160ml)に溶かした溶液を、DMF(110ml)に溶かした3−ドデシルチオフェン(68g;0.27mol)溶液に徐々に加えた。反応液を1日間攪拌した後に750mlの水を加えた。有機物をエチルエーテル(3x300ml)で抽出し、これを再び食塩水(brine)と水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで残留水分を除去した。溶媒を除去した後、残っている物質を125℃/〜5mmHgで減圧蒸留して生成物(84.85g、収率94%)を得た。
マグネシウム(0.63g;25.8mmol)と無水THF(25ml)をフラスコに加えた後、2−ブロモ−3−ドデシルチオフェン(2−bromo−3−dodecylthiophene)(7.78g;23.5mmol)を徐々に加えた。グリニャール反応が始まった後、マグネシウムがほぼ無くなるまでに還流した後、精製されたDMF(3.65g;〜4ml;50mmol)を反応液に徐々に滴加した。反応液を1日間還流した後に0℃に冷却し、5%HCl(100ml)を加えて反応を終了した。有機層をエチルエーテルで抽出し、得られた有機層をNaHCO3、NaClの飽和水溶液、水で順次洗浄し、無水硫酸マグネシウムで残存水分を除去した。溶媒を除去した後、残っている物質を、シリカゲルを用いてカラム分離(エチルアセテート/ヘキサン=1/9)し、3−ドデシルチオフェン−2−カルボアルデヒド(3−dodecylthiophene−2−carboxaldehyde)(3.6g;55%)を得た。
3−ドデシルチオフェン−2カルボアルデヒド(3.9g;14mmol)とジチオオキサミド(dithiooxamide)(0.8g;6.6mmol)をフラスコに加えた後、180℃で一時間加熱した後に常温に冷却した。クロロホルムを加えて攪拌した後に濾過し、得られた物質をヘキサンで3回再結晶し、アセトン/エチルアセテートでもう一度再結晶して、純度99.57%(HPLCによる純度)の生成物(1.5g;35%)を得た。この物質の融点は60℃であった。
光を遮断した後、クロロホルム/酢酸混合物(20/10ml)に溶かしたNBS(0.28g、1.57mmol)溶液を0℃でCHCl3/AcOH mixture(20/10ml)に溶かした化合物A(0.5g、0.78mmol)溶液に徐々に滴加した。反応液を同一温度で2時間攪拌した後、常温に温度を上げて1日間攪拌した。反応液を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで処理した後、アセトン/ヘキサン1:1溶媒で再結晶して化合物B(0.6g、96%収率)を得た。
窒素雰囲気下で、マグネシウム(0.22g、9mmol)が分散した35mlのTHF溶液に2−ブロモ−3−ドデシルチオフェン(6.0g、18mmol)を滴加した。グリニャール試薬が形成された後に反応液を常温に冷却し、Pd(dppp)Cl2((1,3−ビス[ジフェニルホスフィノ]プロパン)ジクロロニッケル(II))(0.2g、0.4mmol)と15mlの無水THFを加えた後、24時間還流した。5%HCl水溶液で反応を終了した後、エチルエーテルで薄めた後に水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで水分を除去した。溶媒を除去した後、残っている物質をシリカゲル上でn−ヘキサンでカラム精製して化合物C(2.5g;54%収率)を得た。
150ml無水THFに溶かした化合物C(2.2g;4.37mmol)溶液を−70℃で2.5M n−ブチルリチウム(BuLi)(3.5ml;8.74mmol)で処理した。反応温度を0℃に上げた後に再び−70℃に冷却し、トリ(n−ブチル)スズクロライド(2.84g;8.74mmol)を加えた。反応温度を常温に上げた後、エチルエーテルとNaClの飽和水溶液を加えて相分離し、有機層から生成物4.4g(93% yield)を得た。
0℃下でDMF(15ml)に溶かした化合物C(5,5’−ビス(3−ドデシル)−2,2’−ジチオフェン)(17.6g;35mmol)溶液にNBS(6.23g;35mmol)を溶かしたDMF(20ml)溶液を滴加した。反応液を1日間攪拌し、水(100ml)に注いだ。有機層をエチルエーテル(50mlで3回)で抽出し、得られた有機層をNaCl飽和溶液で洗浄した後に無水硫酸マグネシウムで処理した。溶媒を除去した後、残っている有機物を減圧蒸留して14.5g(71%収率)の生成物を得た。
窒素雰囲気下で無水THF(50ml)に分散したマグネシウム(0.3g、12.5mmol)溶液に化合物E(14.5g、25mmol)を滴加した。グリニャール試薬が完全に形成された後に反応液を常温に冷却し、Pd(dppp)Cl2(0.2g、0.4mmol)と無水THF(20ml)を加えて窒素雰囲気下で24時間還流した。5%塩酸水溶液で反応を終了した後、エチルエーテルで薄めた後に水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで残存水分を除去した。溶媒を除去した後、シリカゲル上でヘキサンを用いてカラム精製して生成物(11.5g;46%収率)を得た。
THF(150ml)に溶かした化合物F(5g;5mmol)溶液を−70℃でn−BuLi 2.5M(4.4ml;11mmol)で処理した。溶液を0℃に昇温した後に再び−70℃に冷却し、トリ(n−ブチル)スズクロライド(tri(n−butyl)tin chloride)(3.57g;11mmol)を加えた。反応液を常温に上げた後、クロロホルムとNaClの飽和水溶液を加えて相分離した後、アルミナ上でクロロホルム/ヘキサン(1/1)でカラム分離して生成物6.96g(88%収率)を得た。
この物質をヘキサンに溶かした部分から得られた部分のGPCデータを図5に示す。
分子量(Mw)=4058、
前記高分子のNMRとGPCを各々図6と図7に示す。
分子量(Mw)=7510、
n−ドーピングされたシリコンウェハーを基板およびゲート電極として用い、その上に熱処理によって成長製造されたシリコンオキシド(300nm)をゲート絶縁膜として用いた。このゲート絶縁膜上に電子ビーム(e−beam)を利用して金からなるソース電極およびドレイン電極を形成した。上記のように準備した基板をHMDS(ヘキサメチルジシラザン;hexamethyldisilazane)で処理した。上記のようにソース電極とドレイン電極が形成された基板上に、クロロベンゼンに1w/v%で溶かした前記化合物S−14をスピンコーティングし、100℃で10分間熱処理して有機半導体層を形成した。また、この時、有機トランジスタのチャネル幅と長さは各々1mmと100μmであった。
9 絶縁層
10 ゲート電極
11 ソース電極
12 ドレイン電極
13 有機物層
Claims (20)
- 下記化学式1の化合物:
nは1〜1000の整数であり、
ArおよびAr’は互いに同一または異なり、独立して共役構造を有する2価の環状もしくは非環状の炭化水素基、または共役構造を有する2価の複素環基であり、
AとBは互いに同一または異なり、独立して共役構造を有する2価の環状もしくは非環状の炭化水素基、共役構造を有する2価の複素環基、または下記非環式基(acyclicgroup)であり、
- 前記ArまたはAr’は共役構造を有するアリーレン基またはヘテロアリーレン基である、請求項1に記載の化合物。
- 前記AまたはBは芳香族基(Ar”)である、請求項1に記載の化合物。
- 前記芳香族基(Ar”)は下記の化学式で示される基のうちから選択される、請求項3に記載の化合物:
R1およびR2は互いに同一または異なり、独立して水素原子、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、エステル基、エーテル基、アミノ基、イミド基、シラン基、チオエステル基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルキル基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のアルコキシ基、炭素数1〜20の置換もしくは非置換の直鎖、分枝鎖もしくは環状のチオアルコキシ基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
R1および/またはR2に含まれる互いに隣接していない2以上の炭素原子はO、S、NH、−NRO−、SiROROO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換のヘテロアリール基によって連結されてもよく、ここで、ROとROOは互いに同一または異なり、独立して水素、アリールまたは炭素数1〜12であるアルキル基であり、
R1とR2は互いに連結されて環を形成してもよい。 - 前記R1またはR2が炭素数1〜20の置換されたアルキル基、アルコキシ基またはチオアルコキシ基である場合、これらはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素およびニトリル基からなる群から選択される1以上の置換基によって置換される、請求項4に記載の化合物。
- 前記R1またはR2が置換されたアリール基またはヘテロアリール基である場合、これらはハロゲン基、ニトリル基、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、ビニル基、アセチレン基、チオアルコキシ基、ニトロ基、アミド基、イミド基、エステル基、エーテル基、アミノ基およびシラン基からなる群から選択される1以上の置換基によって置換される、請求項4に記載の化合物。
- 前記化学式1が下記化学式2である、請求項1に記載の化合物。
R5〜R8に含まれる互いに隣接していない2以上の炭素原子はO、S、NH、−NRO−、SiROROO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基によって連結されてもよく、ここで、ROとROOは互いに同一または異なり、独立して水素、アリールまたは炭素数1〜12であるアルキル基であり、
R5〜R8のうちの2以上が互いに連結されて環を形成してもよく、
n、x、y、z、A、Bは化学式1で定義した通りである。 - 前記R5〜R8のうちのいずれか1つ以上が炭素数1〜20の置換されたアルキル基、アルコキシ基またはチオアルコキシ基である場合、これらに置換された水素原子はフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、ニトリル基からなる群から選択される1以上の置換基によって置換される、請求項8に記載の化合物。
- 前記R5〜R8のうちのいずれか1つ以上が置換されたアリール基またはヘテロアリール基である場合、これらはハロゲン基、ニトリル基、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、ビニル基、アセチレン基、チオアルコキシ基、ニトロ基、アミド基、イミド基、エステル基、エーテル基、アミノ基またはシラン基からなる群から選択される1以上の置換基によって置換される、請求項8に記載の化合物。
- 前記化学式1の化合物は下記化学式R−1〜R−5、S−16〜S−31およびS−34〜S−41のうちから選択される、請求項1に記載の化合物:
- 2以上の電極および2つの電極間に配置された1層以上の有機物層を含む有機電子素子であって、前記有機物層のうちの1層以上が請求項1〜請求項16のうちのいずれか一項の化合物を含む有機電子素子。
- 前記有機電子素子は有機発光素子であって、第1電極、1層以上の有機物層および第2電極を順次積層した形態で含む構造を有し、前記有機物層のうちの1層以上は請求項1〜請求項16のうちのいずれか一項の化合物を含む、請求項17に記載の有機電子素子。
- 前記有機電子素子は有機トランジスタであって、ゲート電極、絶縁層、1層以上の有機物層、ソース電極およびドレイン電極を含む構造を有し、前記有機物層のうちの1層以上は請求項1〜請求項16のうちのいずれか一項の化合物を含む、請求項17に記載の有機電子素子。
- 前記有機電子素子は有機太陽電池であって、正極、電子供与層、電子受容層および負極を順次積層した形態で含む構造を有し、前記電子供与層および/または電子受容層は請求項1〜請求項16のうちのいずれか一項の化合物を含む、請求項17に記載の有機電子素子。
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