JP2012092077A - クマリン化合物 - Google Patents

Abstract

【課題】３−（２−ベンズチアゾリル）−7−ジフェニルアミノクマリンと同等以上の耐光性を有する新規クマリン化合物を提供する。
【解決手段】下記一般式（１）で表わされるクマリン化合物。

（一般式（１）中、Ｒ_１及びＲ_２は、各々独立に、アリール基又はヘテロ環基を表し、複数のＲ_３及びＲ_４は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、Ｒ_５は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基又はハロゲン原子を表し、Ｘは、水素原子若しくは炭素原子と結合した窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を表す。）
【選択図】なし

Description

本発明はクマリン化合物に関し、詳細には、耐光性に優れ、各種の記録材料や、生体イメージング用蛍光プローブ、有機ＥＬの発光材料等として使用し得る新規の蛍光性クマリン化合物に関する。

クマリンは、強い蛍光性を有するため、その性質を利用して、蛍光色素、各種記録材料、生体イメージング用蛍光プローブ、有機ＥＬ素子の発光材料等として使用されている（例えば、特許文献１〜３）。
また、感光性組成物等の光増感剤、医薬、香料等のその他の分野でも広く使用されている（例えば、特許文献４〜５）。
強い蛍光性を有する色素は極めて耐光性の乏しいものが多く（特許文献１）、また、このクマリン化合物を蛍光色素として使用する場合、蛍光励起光を繰返し照射すると、蛍光発光が弱くなってしまう、所謂、光退光することが報告されている（非特許文献１）。

なお、特許文献３及び非特許文献２には、有機ＥＬ素子の発光材料等として、３−（２−ベンズチアゾリル）−7−ジフェニルアミノクマリンを用いることが記載されている。

特開昭６１−７２０６６号公報 特開２００８−２０８０３９号公報 特開２０１０−１３５１７７号公報 特開平９−２９１０８７号公報 特開２００９−７９０３９号公報

Ｇｕｉｌｆｏｒｄ Ｊｏｎｅｓ II ａｎｄ Ｗｉｌｌｉａｍ Ｒ． Ｂｅｒｇｍａｒｋ， "Ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｕｍａｒｉｎ Ｌａｓｅｒ Ｄｙｅｓ： Ａｎ Ｕｎｅｘｐｅｃｔｅｄ Ｓｉｎｇｌｅｔ Ｓｅｌｆ−Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ"， Ｊ． Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍ． １９８４， ２６， ｐ．１７９−１８４ Ｓａｌｌｙ Ａ．Ｓｗａｎｓｏｎ， Ｇｒｅｇ Ｍ． Ｗａｌｌｒａｆｆ， Ｊｉａｎ Ｐ． Ｃｈｅｎ， Ｗｅｉｊｉｅ Ｚｈａｎｇ， Ｌｕｉｓａ Ｄ． Ｂｏｚａｎｏ， Ｋｅｎｎｅｔｈ Ｒ． Ｃａｒｔｅｒ， Ｊｅｓｓｅ Ｒ． Ｓａｌｅｍ， Ｒｅｙｍｕｎｄｏ Ｖｉｌｌａ， ａｎｄ Ｊ． Ｃａｍｐｂｅｌｌ Ｓｃｏｔｔ， "Ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｒｅｄ ａｎｄ Ｇｒｅｅｎ Ｄｙｅｓ ｆｏｒ Ｅｘｔｅｒｎａｌ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｌｕｅ ＯＬＥＤ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ" Ｃｈｅｍ． Ｍａｔｅｒ． ２００３， １５，２３０５−２３１２．

本発明は、上記クマリン化合物の光退光の問題を検討した過程で、特許文献３に記載の３−（２−ベンズチアゾリル）−7−ジフェニルアミノクマリンが、比較的耐光性が高いことを見出した。なお、特許文献３には、この３−（２−ベンズチアゾリル）−7−ジフェニルアミノクマリンが耐光性に優れていることは何ら示唆されていない。
本発明は、上記の従来の技術において、蛍光色素の光退光の問題を克服し、３−（２−ベンズチアゾリル）−7−ジフェニルアミノクマリンと同等以上の耐光性を有する新規クマリン化合物を提供しようとするものである。

発明者らの鋭意検討の結果、下記構成により、上記課題を解決できることを見出した。

〔１〕下記一般式（１）で表わされるクマリン化合物。

（一般式（１）中、Ｒ_１及びＲ_２は、各々独立に、アリール基又はヘテロ環基を表し、複数のＲ_３及びＲ_４は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、Ｒ_５は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基又はハロゲン原子を表し、Ｘは、水素原子若しくは炭素原子と結合した窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を表す。）

〔２〕前記一般式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２はアリール基を表すことを特徴とする前記〔１〕に記載のクマリン化合物。
〔３〕前記一般式（１）において、Ｒ_５はアリール基、ヘテロ環基又はハロゲン原子を表すことを特徴とする前記〔１〕又は〔２〕に記載のクマリン化合物。
〔４〕前記一般式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２は置換基を有していてもよいフェニル基を表すことを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載のクマリン化合物。
〔５〕前記一般式（１）において、Ｒ_５はジフェニルフェニル基又は臭素原子を表すことを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載のクマリン化合物。

〔６〕下記式ｆ−１で表されるクマリン化合物。

〔７〕下記式ｆ−２で表されるクマリン化合物。

本発明の推定作用機構を以下に示す。飽くまでも推定であるため、明確に断定されるものではない。また、その前に、従来のクマリン化合物の光退光の機構についても説明する。
非特許文献１に、クマリンの光耐光のメカニズムが記載されている。
詳細には、クマリンが比較的高濃度に存在する状態で、蛍光励起光を照射すると、クマリンの２分子が会合し、一方のクマリン分子が酸化され、他方のクマリン分子が還元されるという、不均化という現象が生じ、その結果、クマリン分子自体が分解されるということが記載されている。
これに対して、本発明のクマリン化合物は、クマリン骨格の７位に−ＮＲ_１Ｒ_２基（Ｒ_１及びＲ_２は、各々独立に、アリール基又はヘテロ環基を表す）、同骨格の３位に置換ベンゾチアゾール基等の嵩高い基を有することにより、クマリンの２分子間の会合を、物理的に阻害するものと推定される。
また、一般式（１）で表わされる構造のクマリン骨格の３位に有するベンゾチアゾール基に置換されている、置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロ環基の中の嵩高い基であるものや、ハロゲン原子が好ましい。
該ベンゾチアゾール基に置換されている置換基として、嵩高い基が好ましい理由としては、前述と同様であり、ハロゲン原子が好ましい理由としては、明確ではないが、そのイオン性により、クマリンの２分子間の会合が抑制されるか、クマリンの２分子が会合しても、その会合分子間の酸化還元反応が抑制されるものと推定される。

本発明のクマリン化合物は、耐光性に優れたものであり、蛍光性も高く維持したものである。

本発明のクマリン化合物について以下に詳細に説明する。
本発明のクマリン化合物は、下記一般式（１）で表わされるものである。

（一般式（１）中、Ｒ_１及びＲ_２は、各々独立に、アリール基又はヘテロ環基を表し、複数のＲ_３及びＲ_４は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、Ｒ_５は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基又はハロゲン原子を表し、Ｘは、水素原子若しくは炭素原子と結合した窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を表す。）

Ｒ_１及びＲ_２における、アリール基としては、置換基を有していてもよい、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、フルオレニル基等が挙げられる。
Ｒ_１及びＲ_２における、ヘテロ環基としては、置換基を有していてもよい、ピペリジニル基、ピリジル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、インドリル基、ピロール基、キノリル基、フリル基、ベンゾフリル基、チエニル基、ベンゾチエニル基等が挙げられる。
Ｒ_１及びＲ_２においては、アリール基が好ましく、その中でも、フェニル基が好ましい。

Ｒ_３及びＲ_４における、アルキル基としては、置換基を有していてもよい、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
Ｒ_３及びＲ_４における、アルケニル基としては、置換基を有していてもよい、エチレニル基、１−プロピレニル基、２−プロピレニル基、１−ブテニル基、２-ブテニル基等が挙げられる。
Ｒ_３及びＲ_４における、アルキニル基としては、置換基を有していてもよい、エチニル基、プロパルギル基、１−ブチニル基、２−ブチニル基、３−ブチニル基等が挙げられる。
Ｒ_３及びＲ_４における、アリール基としては、置換基を有していてもよい、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、フルオレニル基等が挙げられる。
Ｒ_３及びＲ_４における、ヘテロ環基としては、置換基を有していてもよい、ピペリジニル基、ピリジル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、インドリル基、ピロール基、キノリル基、フリル基、ベンゾフリル基、チエニル基、ベンゾチエニル基等が挙げられる。
Ｒ_３及びＲ_４においては、水素原子であることが好ましい。

Ｒ_５における、アルキル基としては、置換基を有していてもよい、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられる。
Ｒ_５における、アルケニル基としては、置換基を有していてもよい、エチレニル基、１−プロピレニル基、２−プロピレニル基、１−ブテニル基、２-ブテニル基等が挙げられる。
Ｒ_５における、アルキニル基としては、置換基を有していてもよい、エチニル基、プロパルギル基、１−ブチニル基、２−ブチニル基、３−ブチニル基等が挙げられる。
Ｒ_５における、アリール基としては、置換基を有していてもよい、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、フルオレニル基等が挙げられる。
Ｒ_５における、ヘテロ環基としては、置換基を有していてもよい、ピペリジニル基、ピリジル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、インドリル基、ピロール基、キノリル基、フリル基、ベンゾフリル基、チエニル基、ベンゾチエニル基等が挙げられる。
Ｒ_５における、ハロゲン原子としては、臭素原子、塩素原子、フッ素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。

Ｒ_５においては、アリール基、ヘテロ環基又はハロゲン原子が好ましく、アリール基又はハロゲン原子がより好ましく、その中でも、アリール基が好ましく、ジフェニルフェニル基又は臭素原子がより好ましく、ジフェニルフェニル基が更に好ましい。

本発明の一般式（１）で表わされるクマリン化合物の具体例としては、以下に示すものを挙げることができる。

本発明の一般式（１）で表わされるクマリン化合物を製造するための合成反応スキーム例を、上記化合物ｆ−１及びｆ−２を例に挙げて、以下に示す。

化合物ｆ−１は、４−ジフェニルアミノ−２−ヒドロキシベンズアルデヒドと６−ブロモ−２−ベンゾチアゾール酢酸エチルとを反応させることによって得ることができる。
化合物ｆ−２は、化合物ｆ−１と３，５−ジフェニルフェニルボロン酸とを反応させることによって得ることができる。

上記の化合物ｆ−１及びｆ−２の合成において、４−ジフェニルアミノ−２−ヒドロキシベンズアルデヒドのジフェニルアミノ基のフェニル基が他のアリール基又はヘテロ環基に置き換わった公知・周知の化合物又はその類縁体、６−ブロモ−２−ベンゾチアゾール酢酸エチルのブロモ基が他のハロゲン原子に置き換わった公知・周知の化合物又はその類縁体、３，５−ジフェニルフェニルボロン酸の３，５−ジフェニルフェニル基が他のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロ環基に置き換わった公知・周知の化合物又はその類縁体を用いることによって、同様に、上記の化合物ｆ−１及びｆ−２以外の、一般式（１）の範囲に含まれるクマリン化合物を合成することができる。

６−ブロモ−２−ベンゾチアゾール酢酸エチルの類縁体としては、Ｓ原子の箇所がＮＨに置換されていて、そのＮＨに対してパラ位に塩素が置換された下記化合物がSpecs製 Ag-205/12908079として市販されている。

３，５−ジフェニルフェニルボロン酸の３，５−ジフェニルフェニル基が、他の様々なアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロ環基に置き換わったものとしては、２−ナフタレンボロン酸（Sigama Aldrich社製、480134）、４−ピリジンボロン酸（東京化成社製、P1594）等として市販されており、その他、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基を、別法で合成することにより、多種の化合物を得ることができる。

また、上記のようにして製造される化合物ｆ−１及びｆ−２以外の化合物は、クマリン化合物のクロモフォア部に置換基を有するものではなく、クロモフォア部の３位及び７位に有する置換基に、更に置換基を有するものであり、クマリン自体の蛍光発光能を下げるような影響を及ぼすものではないものと推測される。
よって、化合物ｆ−１及びｆ−２以外の一般式（１）の範囲に含まれるクマリン化合物の合成方法、及び、その耐光性、蛍光発光能が、本願明細書の実施例として、具体的に記載されていなくても、当業者が同様に製造することができ、また、化合物ｆ−１及びｆ−２と同等の耐光性、蛍光発光能を有するものである。

以下に、本発明の具体的な実施例について実験結果を基に説明する。勿論、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜化合物ｆ−１合成＞
化合物ｆ−１は以下に示した方法で合成した。

４−ジフェニルアミノ−２−ヒドロキシベンズアルデヒド４３４ｍｇ（１．５ｍｍｏｌ）と６−ブロモ−２−ベンゾチアゾール酢酸エチル（１．５ｍｍｏｌ）をエタノール２５ｍｌに溶解させ窒素雰囲気下、室温で攪拌する。その後ピペリジンを３８ｍｇ（０．４５ｍｍｏｌ）加えて外温７０℃にて４時間攪拌した後に室温まで冷却し、析出した沈殿を濾過、エタノール１０ｍｌによる洗浄によって黄色固体の目的物４５０ｍｇ（０．８６ｍｍｏｌ、５７％）を得た。
得られた化合物はマススペクトル、^１Ｈ ＮＭＲスペクトルにより目的化合物ｆ−１であることを確認した。
^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）８．９１（ｓ，１Ｈ）， ８．０７（ｄ，１Ｈ）， ７．８８（ｄ，１Ｈ）， ７．５９（ｄｄ，１Ｈ）， ７．４５（ｄ，１Ｈ）， ７．３９（ｄｔ，４Ｈ）， ７．２６−７．２１（ｍ，６Ｈ）， ６．９２（ｄｄ，１Ｈ）， ６．８５（ｄ，１Ｈ）

＜化合物ｆ−２合成法＞
化合物ｆ−２は以下に示した方法で合成した。

化合物ｆ−１を２３６ｍｇ（０．４５ｍｍｏｌ）、３，５−ジフェニルフェニルボロン酸１２３ｍｇ（０．４５ｍｍｏｌ）、トリフェニルホスフィン４７ｍｇ（０．１８ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム１４３ｍｇ（１．３５ｍｍｏｌ）をジメトキエタン１０ｍｌ、水４ｍｌに溶解させ窒素雰囲気下、外温１００℃で攪拌する。酢酸パラジウム１０ｍｇ（４．５×１０^−２ｍｍｏｌ）を加え５時間攪拌後、室温に冷却して酢酸エチル及び水で希釈して攪拌する。析出した沈殿をクロロホルムに溶解させ、シリカゲルカラム（クロロホルム）にて精製して橙色固体の目的物１２０ｍｇ（０．１８ ｍｍｏｌ、４０％）を得た。
得られた化合物はマススペクトル、^１Ｈ ＮＭＲスペクトルにより目的化合物ｆ−２であることを確認した。
^１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）８．９７（ｓ，１Ｈ）， ８．２６（ｄ，１Ｈ）， ８．１２（ｄ，１Ｈ）， ７．８７−７．８２（ｍ, ４Ｈ）, ７．７３（ｄｄ，４Ｈ）， ７．５２−７．４６（ｍ，５Ｈ）， ７．４３−７．３７（ｍ，６Ｈ）， ７．２６−７．２２（ｍ，６Ｈ）， ６．９３（ｄｄ，１Ｈ）， ６．８７（ｄ，１Ｈ）

＜クマリン化合物の耐光性＞
上記で合成された化合物ｆ−１（実施例１）、ｆ−２（実施例２）、クマリン６（比較例）及び３−（２−ベンズチアゾリル）−7−ジフェニルアミノクマリン（参考例）を、それぞれ、３．３７×１０^−３ｍｍｏｌ、ポリ酢酸ビニル（アルドリッチ社製、重量平均分子量１１３０００）５００ｍｇをメチルエチルケトン８．７ｍｌに溶解させ２時間攪拌し、スライドガラス上にスピンコートをして薄膜（乾燥膜厚として１μｍ）を作製した。５００μＷのレーザー光（４０５ｎｍ）を１．７ｍｓｅｃ照射した後の各化合物の残存率（光褪色しなかった蛍光色素の割合）はそれぞれ６３．９％（比較例 クマリン６）、８９．４％（参考例 ３−（２−ベンズチアゾリル）−7−ジフェニルアミノクマリン）、８６．７％（実施例１ ｆ−１）、９１．２％（実施例２ ｆ−２）であった。ここで、残存率は検出器（ＰＭＴ）電圧値の照射前後の比率から得られる値である。

本発明のクマリン化合物は、汎用の蛍光色素として利用できるほか、記録材料や、生体イメージング用蛍光プローブ、有機ＥＬの発光材料等、多岐に渡り利用可能なものである。

Claims (7)

1. 下記一般式（１）で表わされるクマリン化合物。
   

   

   （一般式（１）中、Ｒ_１及びＲ_２は、各々独立に、アリール基又はヘテロ環基を表し、複数のＲ_３及びＲ_４は、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又はヘテロ環基を表し、Ｒ_５は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基又はハロゲン原子を表し、Ｘは、水素原子若しくは炭素原子と結合した窒素原子、酸素原子又は硫黄原子を表す。）
2. 前記一般式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２はアリール基を表すことを特徴とする請求項１に記載のクマリン化合物。
3. 前記一般式（１）において、Ｒ_５はアリール基、ヘテロ環基又はハロゲン原子を表すことを特徴とする請求項１又は２に記載のクマリン化合物。
4. 前記一般式（１）において、Ｒ_１及びＲ_２は置換基を有していてもよいフェニル基を表すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクマリン化合物。
5. 前記一般式（１）において、Ｒ_５はジフェニルフェニル基又は臭素原子を表すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクマリン化合物。
6. 下記式ｆ−１で表されるクマリン化合物。
   

   
7. 下記式ｆ−２で表されるクマリン化合物。