JP2013234265A - POLYMER HAVING π BACKBONE PLANARITY AND APPLICATION THEREOF - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高いπ骨格平面性を有する重合体、その前駆体、及びその用途に関する。 The present invention relates to a polymer having high π skeleton planarity, a precursor thereof, and a use thereof.
有機ドナー化合物と有機アクセプター化合物とを重合して得られる共重合体は、有機薄膜トランジスタ又は有機薄膜太陽電池等の有機半導体デバイスの構成材料として好適なため、近年盛んに研究が進められている。これらの共重合体の有機ドナー化合物と有機アクセプター化合物との組み合わせを変えることにより、前記に挙げた有機半導体素子の性能を制御出来ることが知られている。これまで報告されている有機ドナー及び有機アクセプターの共重合体の中でも、有機ドナー化合物として置換又は未置換のフルオレン、カルバゾール、ジベンゾシロール又はジベンゾゲルモールを用いた共重合体は、良好な性能を示す上記素子を与える材料として知られている。
例えば、ポリ[(9,9−ジアルキルフルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(3−アルキルチオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール](非特許文献1)、又はポリ[(N-アルキルカルバゾール−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(3−アルキルチオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール](非特許文献2)等のp型半導体となる重合体と、フェニルC61酪酸メチルエステル若しくはフェニルC71酪酸メチルエステルを混合させた材料を用いることにより、高い開放電圧を有する有機光電変換素子を作成することが可能であり、様々な誘導体が報告されている。これらは、その吸光特性及びX線回折による構造解析から、重合体の主鎖骨格が捩れていることが考えられる。
Since a copolymer obtained by polymerizing an organic donor compound and an organic acceptor compound is suitable as a constituent material of an organic semiconductor device such as an organic thin film transistor or an organic thin film solar cell, research has been actively conducted in recent years. It is known that the performance of the organic semiconductor element mentioned above can be controlled by changing the combination of the organic donor compound and the organic acceptor compound of these copolymers. Among the copolymers of organic donors and organic acceptors that have been reported so far, copolymers using substituted or unsubstituted fluorene, carbazole, dibenzosilol, or dibenzogermole as organic donor compounds show good performance. It is known as a material for providing the element.
For example, poly [(9,9-dialkylfluorene-2,7-diyl) -alt- [bis (3-alkylthiophen-5-yl) -2,1,3-benzothiadiazole] (Non-patent Document 1), Or p-type such as poly [(N-alkylcarbazole-2,7-diyl) -alt- [bis (3-alkylthiophen-5-yl) -2,1,3-benzothiadiazole] (Non-patent Document 2) By using a material in which a polymer to be a semiconductor and phenyl C 61 butyric acid methyl ester or phenyl C 71 butyric acid methyl ester are mixed, an organic photoelectric conversion element having a high open-circuit voltage can be produced. Derivatives have been reported. From these absorption characteristics and structural analysis by X-ray diffraction, it is considered that the main chain skeleton of the polymer is twisted.
重合体の主鎖骨格が同一平面上にある場合、最高占有軌道(HOMO)と最低非占有軌道間(LUMO)のエネルギー差が小さくなることが知られている。有機光電変換素子の構成材料として用いる場合、このHOMO及びLUMOのエネルギー差がより小さければ、より長波長の光を吸収する能力を持ち得る。よって、一般に、有機共役系ポリマーにおいて、重合体が長波長光を吸収する能力を持つためには、主鎖骨格が高い平面性を有することが条件の一つとなることが知られている。逆にいえば、主鎖骨格の捩れはこれら光の吸光特性を大きく低下させる原因となることが知られている。
有機光電変換素子の光電変換効率は、それに用いる重合体の吸光特性と相関があるため、主鎖骨格が高い平面性を有し、従来報告されているこれら重合体よりも長波長の光を吸収する能力を有する重合体の提供が望まれている。
It is known that when the polymer main chain skeleton is on the same plane, the energy difference between the highest occupied orbital (HOMO) and the lowest unoccupied orbital (LUMO) is reduced. When used as a constituent material of an organic photoelectric conversion element, if the energy difference between HOMO and LUMO is smaller, it can have the ability to absorb light having a longer wavelength. Therefore, it is generally known that in organic conjugated polymers, one of the conditions is that the main chain skeleton has high planarity in order for the polymer to have the ability to absorb long-wavelength light. Conversely, it is known that the twist of the main chain skeleton causes a significant decrease in the light absorption characteristics of these lights.
The photoelectric conversion efficiency of organic photoelectric conversion elements correlates with the light absorption characteristics of the polymers used therefor, so the main chain skeleton has high planarity and absorbs light of longer wavelengths than these previously reported polymers. It would be desirable to provide polymers with the ability to
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ポリマー主鎖骨格が高いπ骨格平面性を有し、可視から近赤外の波長領域にある光の吸収特性に優れた重合体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and has a polymer main chain skeleton having a high π skeleton planarity and a polymer excellent in light absorption characteristics in the visible to near-infrared wavelength region. The purpose is to provide.
すなわち本発明は、下記一般式(1)で示される重合体である。
Zは(i)置換基を有してもよい2価の芳香環、(ii)置換基を有してもよい芳香環数2〜7の2価の多核芳香環、又は(iii)前記の(i)及び/若しくは(ii)から選ばれる芳香環を最大で3つまで連結させた2価のポリアリーレン基、から選択される何れか1つを表す。nは2以上の数でありmは0又は1である。]
That is, the present invention is a polymer represented by the following general formula (1).
Z is (i) a divalent aromatic ring which may have a substituent, (ii) a divalent polynuclear aromatic ring having 2 to 7 aromatic rings which may have a substituent, or (iii) the above-mentioned It represents any one selected from divalent polyarylene groups in which up to three aromatic rings selected from (i) and / or (ii) are linked. n is a number of 2 or more, and m is 0 or 1. ]
また本発明は、下記一般式(2)で示される化合物である。
さらに本発明は、上記の重合体を用いて作製した有機半導体デバイスである。該有機半導体デバイスは、有機光電変換素子として好適である。 Furthermore, this invention is the organic-semiconductor device produced using said polymer. The organic semiconductor device is suitable as an organic photoelectric conversion element.
本発明により高いπ骨格平面性を有する重合体を提供することができる。こうして得られた重合体は、可視から近赤外の波長領域にある光の吸収特性が優れるため、有機半導体デバイス材料として適している。 According to the present invention, a polymer having high π skeleton planarity can be provided. The polymer thus obtained is suitable as an organic semiconductor device material because it has excellent absorption characteristics of light in the visible to near-infrared wavelength region.
本発明により、下記一般式(1)で示される重合体を提供することができる。以下、詳細ついて述べる。
Zは
(i)置換基を有してもよい2価の芳香環、
(ii)置換基を有してもよい芳香環数2〜7の2価の多核芳香環、又は
(iii)前記の(i)及び/若しくは(ii)から選ばれる芳香環を最大で3つまで連結させた2価のポリアリーレン基、から選択される何れか1つを表す。
nは2以上の数であり、mは0又は1である。]
本発明の重合体は、R1及びR2が酸素原子を介してポリマー主鎖骨格に結合していること、すなわちアルコキシ基がポリマー主鎖骨格に結合していることにより、高いπ骨格平面性を有し、優れた光電変換効率を発現する。
According to the present invention, a polymer represented by the following general formula (1) can be provided. Details will be described below.
Z is (i) a divalent aromatic ring optionally having a substituent,
(Ii) a divalent polynuclear aromatic ring having 2 to 7 aromatic rings which may have a substituent, or (iii) a maximum of three aromatic rings selected from the above (i) and / or (ii) Any one selected from divalent polyarylene groups linked to
n is a number of 2 or more, and m is 0 or 1. ]
The polymer of the present invention has high π skeleton planarity because R 1 and R 2 are bonded to the polymer main chain skeleton via an oxygen atom, that is, the alkoxy group is bonded to the polymer main chain skeleton. And exhibits excellent photoelectric conversion efficiency.
(1)式中のR1〜R9の内、置換基を有してもよい炭素数1〜20のアルキル基とは、例えば直鎖や分岐鎖のアルキル基であってもよいし、環状のシクロアルキル基であってもよい。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基の直鎖のアルキル基、1−メチルエチル基、1,1−ジメチルエチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、4−メチルペンチル基、2,3−ジメチルブチル基、2−エチルブチル基、1−メチルヘキシル基、2−メチルヘキシル基、3−メチルヘキシル基、4−メチルヘキシル基、2,3−ジメチルペンチル基、2,4−ジメチルペンチル基、3−エチルペンチル基、2,3,3−トリメチルブチル基、1−メチルヘプチル基、2−メチルヘプチル基、6−メチルヘプチル基、2−エチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基、4−エチルヘキシル基、2,5−ジメチルヘキシル基、1−メチルオクチル基、2−メチルオクチル基、4−メチルオクチル基、6−メチルオクチル基、3,5,5,−トリメチルヘキシル基、1−メチルノニル基、2−メチルノニル基、3,7−ジメチルオクチル基、2,3,3,4−テトラメチルペンチル基、1−メチルデシル基、2−メチルデシル基、5−メチルデシル基、4−メチルドデシル基等の分岐鎖のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプタニル基、シクロオクタニル基、シクロノナニル基、シクロデカニル基、シクロウンデカニル基、シクロドデカニル基等のシクロアルキル基が挙げられる。
上記のアルキル基は置換基を有していてもよく、かかる置換基としては、例えば、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基及び水酸基が挙げられる。これらの置換基に含まれる水素原子は、フッ素原子に置き換わっていてもよい。
(1) Among R 1 to R 9 in the formula, the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent may be, for example, a linear or branched alkyl group, or cyclic. May be a cycloalkyl group. For example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-undecyl Linear of n group, n-dodecyl group, n-tridecyl group, n-tetradecyl group, n-pentadecyl group, n-hexadecyl group, n-heptadecyl group, n-octadecyl group, n-nonadecyl group, n-eicosyl group Alkyl group, 1-methylethyl group, 1,1-dimethylethyl group, 1-methylpropyl group, 2-methylpropyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, 3-methylbutyl group, 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 2,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, 1-methylhexyl, 2-methyl Ruhexyl group, 3-methylhexyl group, 4-methylhexyl group, 2,3-dimethylpentyl group, 2,4-dimethylpentyl group, 3-ethylpentyl group, 2,3,3-trimethylbutyl group, 1-methyl Heptyl group, 2-methylheptyl group, 6-methylheptyl group, 2-ethylhexyl group, 3-ethylhexyl group, 4-ethylhexyl group, 2,5-dimethylhexyl group, 1-methyloctyl group, 2-methyloctyl group, 4-methyloctyl group, 6-methyloctyl group, 3,5,5-trimethylhexyl group, 1-methylnonyl group, 2-methylnonyl group, 3,7-dimethyloctyl group, 2,3,3,4-tetra Branched alkyl groups such as methylpentyl, 1-methyldecyl, 2-methyldecyl, 5-methyldecyl, 4-methyldodecyl; Black group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptanyl group, cyclooctanyl group, cyclononanyl group, cyclodecanyl group, a cycloalkyl undecanyloxy group, a cycloalkyl group such as a cyclododecanyl group.
The alkyl group may have a substituent. Examples of the substituent include an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, an arylalkyl group, an arylalkoxy group, and an arylalkylthio group. , Arylalkenyl group, arylalkynyl group, amino group, substituted amino group, silyl group, substituted silyl group, halogen atom, acyl group, acyloxy group, imine residue, amide group, acid imide group, monovalent heterocyclic group, Examples include a carboxyl group, a substituted carboxyl group, a nitro group, a cyano group, and a hydroxyl group. The hydrogen atom contained in these substituents may be replaced with a fluorine atom.
Xは、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子であり、それぞれXを有する5員環はフラン環、チオフェン環、セレノフェン環である。中でもXは硫黄原子であるのが好ましい。
Yは、CR3R4、SiR5R6、GeR7R8、NR9、酸素原子、硫黄原子又はセレン原子であり、中でも2つのベンゼン環に直接結合して中央の5員環を形成する原子が炭素原子または窒素原子であること、すなわちポリマー主鎖骨格を構成する縮環がフルオレン環またはカルバゾール環であることが好ましい。
X is an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom, and the 5-membered rings each having X are a furan ring, a thiophene ring and a selenophene ring. Of these, X is preferably a sulfur atom.
Y is CR 3 R 4 , SiR 5 R 6 , GeR 7 R 8 , NR 9 , an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom, and among them, it is directly bonded to two benzene rings to form a central 5-membered ring. It is preferable that the atom is a carbon atom or a nitrogen atom, that is, the condensed ring constituting the polymer main chain skeleton is a fluorene ring or a carbazole ring.
(1)式中、Zを表す(i)〜(iii)の内、(i)置換基を有してもよい2価の芳香環とは、例えば以下に示す(A1)−(A10)を挙げることができる。
また、(1)式中、(i)〜(iii)の内、(ii)置換基を有してもよい芳香環数2〜7の2価の多核芳香環とは、例えば以下に示す(A11)−(A51)を挙げることができる。
上記(A1)〜(A51)中のR11〜R14はそれぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アミノ基、置換アミノ基、シリル基、置換シリル基、ハロゲン原子、アシル基、アシルオキシ基、イミン残基、アミド基、酸イミド基、1価の複素環基、カルボキシル基、置換カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基及び水酸基が挙げられる。これらの置換基に含まれる水素原子は、フッ素原子に置き換わっていてもよい。これら置換基は、前記と同様に例示される。 R 11 to R 14 in the above (A1) to (A51) are each independently an alkyl group, an alkoxy group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylthio group, an arylalkyl group, an arylalkoxy group, or an arylalkylthio group. , Arylalkenyl group, arylalkynyl group, amino group, substituted amino group, silyl group, substituted silyl group, halogen atom, acyl group, acyloxy group, imine residue, amide group, acid imide group, monovalent heterocyclic group, Examples include a carboxyl group, a substituted carboxyl group, a nitro group, a cyano group, and a hydroxyl group. The hydrogen atom contained in these substituents may be replaced with a fluorine atom. These substituents are exemplified in the same manner as described above.
Zを表す(i)〜(iii)の内、(iii)前記の(i)及び/若しくは(ii)から選ばれる芳香環を最大で3つまで連結させた2価のポリアリーレン基としては、例えばビチオフェン、ターチオフェンなどを挙げることができる。 Among (i) to (iii) representing Z, (iii) as a divalent polyarylene group in which up to three aromatic rings selected from the above (i) and / or (ii) are linked, Examples thereof include bithiophene and terthiophene.
上記(A1)−(A51)の中でも、可視から近赤外の波長領域にある光の吸収特性光の向上という観点から、Zとして、芳香環にO、N及びS原子を含む多核ヘテロ芳香環が好ましく、(A22)、(A25)及び(A27)で示す芳香環がより好ましい。 Among the above (A1)-(A51), from the viewpoint of improving the light absorption characteristic light in the visible to near-infrared wavelength region, Z is a polynuclear heteroaromatic ring containing O, N and S atoms in the aromatic ring. Are preferred, and the aromatic rings represented by (A22), (A25) and (A27) are more preferred.
本発明の重合体は、一般式(1)に示す構造単位の他に、発明の効果を損なわない限り他のπ骨格単量体等からなる構造単位を有していてもよい。他の構造単位の共重合形態は、ランダム共重合、交互共重合、ブロック共重合、グラフト共重合のいずれであってもよい。
本発明の重合体の数平均重合度nは、2以上の数であり、5〜1000であるのが好ましい。
In addition to the structural unit represented by the general formula (1), the polymer of the present invention may have a structural unit composed of another π skeleton monomer or the like as long as the effects of the invention are not impaired. The copolymerization form of the other structural unit may be any of random copolymerization, alternating copolymerization, block copolymerization, and graft copolymerization.
The number average degree of polymerization n of the polymer of the present invention is a number of 2 or more, preferably 5 to 1000.
一般式(1)で示される重合体は下記一般式(2)で示される化合物を前駆体として得ることができる。
R10の表す炭素数1〜6の炭化水素とは、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
The polymer represented by the general formula (1) can be obtained by using a compound represented by the following general formula (2) as a precursor.
Examples of the hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms represented by R 10 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, and a cyclohexyl group.
(合成法について)
本発明において、一般式(1)で示される重合体の製造方法について述べる。
本発明において、一般式(1)で示される重合体の内、mが0で表される重合体は、下記化学反応式(I)のように、一般式(2)で示される化合物のうち、Wが水素原子で示される化合物(2a)を重合させることにより得ることができる。
In the present invention, a method for producing the polymer represented by the general formula (1) will be described.
In the present invention, among the polymers represented by the general formula (1), the polymer represented by m is 0 among the compounds represented by the general formula (2) as shown in the chemical reaction formula (I) below. , W can be obtained by polymerizing the compound (2a) in which a hydrogen atom is represented.
上記工程(I)の重合反応としては特に限定されないが、好適な重合反応は、化学酸化重合又は電解重合である。
化学酸化重合としては、酸化剤を用いてモノマー化合物から脱水素することにより重合体を得る方法が好適に採用される。化学酸化重合で用いられる酸化剤としては特に限定されないが、遷移金属塩であることが好ましい。遷移金属塩としては、例えば、塩化第二鉄(FeCl3)、硫酸第二鉄(Fe2(SO4)3)、炭素数1〜16のアルコキシベンゼンスルホン酸鉄、炭素数1〜16のアルキルベンゼンスルホン酸鉄、ナフタレンスルホン酸鉄、フェノールスルホン酸鉄、スルホイソフタル酸鉄ジアルキルエステル、アルキルスルホン酸鉄、ナフタレンスルホン酸鉄、アルコキシナフタレンスルホン酸鉄、テトラリンスルホン酸鉄、炭素数1〜12のテトラリンスルホン酸鉄などの第二鉄塩や、これら前記化合物の鉄(III)塩の代わりにセリウム(IV)塩、銅(II)塩、マンガン(VII)塩、ルテニウム(III)塩になったもの等を用いることができる。中でも、鉄(III)塩が好適に用いられる。
Although it does not specifically limit as a polymerization reaction of the said process (I), A suitable polymerization reaction is chemical oxidation polymerization or electrolytic polymerization.
As chemical oxidative polymerization, a method in which a polymer is obtained by dehydrogenation from a monomer compound using an oxidizing agent is suitably employed. Although it does not specifically limit as an oxidizing agent used by chemical oxidative polymerization, It is preferable that it is a transition metal salt. Examples of the transition metal salt include ferric chloride (FeCl 3), ferric sulfate (Fe 2 (SO 4) 3), iron alkoxybenzene sulfonate having 1 to 16 carbon atoms, and iron iron alkylbenzene sulfonate having 1 to 16 carbon atoms. , Iron naphthalene sulfonate, iron phenol sulfonate, iron disulfoisophthalate dialkyl ester, iron alkyl sulfonate, iron naphthalene sulfonate, iron alkoxy naphthalene sulfonate, iron tetralin sulfonate, iron tetralin sulfonate having 1 to 12 carbon atoms, etc. Ferric salts of the above, or cerium (IV) salts, copper (II) salts, manganese (VII) salts, ruthenium (III) salts, etc. in place of the iron (III) salts of these compounds Can do. Among these, iron (III) salts are preferably used.
上記工程(I)において、電解重合により重合させる場合、重合原料となる単量体を溶解させた電解液を作製し、この電解液を介して電極間に電圧印加することによって陽極酸化された重合体が陽極上に得られる方法が好適に採用される。電解液に用いる溶媒としてはニトロメタン、アセトニトリル、プロピレンカーボネート、ニトロベンゼン、シアノベンゼン、o−ジクロロベンゼン、ジメチルスルホオキシド、γ−ブチロラクトン、塩化メチレン等が例示される。電解液に用いる支持電解質としてリチウムイオン、カリウムイオン、ナトリウムイオン等アルカリ金属類のイオンや四級アンモニウムイオンといったカチオンと、過塩素酸イオン、四フッ化ホウ素イオン、六フッ化リンイオン、ハロゲン原子イオン、六フッ化ヒ素イオン、六フッ化アンチモンイオン、硫酸イオン、硫酸水素イオンといったアニオンの組み合わせからなる支持塩が添加されることが好ましい。また電解液としてはアルキルイミダゾリウム塩、アルキルピリジニウム塩などのイオン液体を用いることもできる。電極材料としては白金、金、ニッケル、ITO等を用いることができる。
化学酸化重合又は電解重合によって得られた生成物は、酸化剤由来のアニオンであるY−がドーパントとして機能し、酸化された重合体が得られるため、還元剤を用いて還元することにより、下記一般式(1)で示される重合体を得ることができる。還元剤としては、アンモニア、ヒドラジン等の還元剤が好適に用いられる。
In the above step (I), when polymerizing by electrolytic polymerization, an electrolytic solution in which a monomer as a polymerization raw material is dissolved is prepared, and an anodized heavy metal is applied by applying a voltage between the electrodes through the electrolytic solution. A method in which the coalescence is obtained on the anode is preferably employed. Examples of the solvent used for the electrolyte include nitromethane, acetonitrile, propylene carbonate, nitrobenzene, cyanobenzene, o-dichlorobenzene, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone, and methylene chloride. The supporting electrolyte used in the electrolytic solution is a cation such as lithium ion, potassium ion, sodium ion or other alkali metal ions or quaternary ammonium ion, perchlorate ion, boron tetrafluoride ion, phosphorus hexafluoride ion, halogen atom ion, It is preferable to add a supporting salt made of a combination of anions such as arsenic hexafluoride ion, antimony hexafluoride ion, sulfate ion and hydrogen sulfate ion. As the electrolytic solution, an ionic liquid such as an alkyl imidazolium salt or an alkyl pyridinium salt can also be used. Platinum, gold, nickel, ITO or the like can be used as the electrode material.
The product obtained by chemical oxidative polymerization or electrolytic polymerization has an anion derived from an oxidant, Y- functions as a dopant, and an oxidized polymer is obtained. A polymer represented by the general formula (1) can be obtained. As the reducing agent, a reducing agent such as ammonia or hydrazine is preferably used.
次に、本発明において、一般式(1)で示される重合体の内、mが1で表される重合体は、次に挙げる(ア)又は(イ)の何れかの方法によって得ることができる。
(ア)一般式(2)においてWがハロゲン原子で表される化合物と、下記反応式(II)に記載する一般式(3)のVが−Sn(R10)3(R10は炭素数1〜6の炭化水素を表す)、ボロン酸若しくはボロン酸エステル基の何れか一つで表される化合物とをクロスカップリングさせる方法。
(イ)一般式(2)においてWが−Sn(R10)3(R10は炭素数1〜6の炭化水素を表す)、ボロン酸若しくはボロン酸エステル基の何れか一つで表される化合物と、下記反応式(II)に記載する一般式(3)のVがハロゲン原子で表される化合物をクロスカップリングさせる方法。
Next, in the present invention, among the polymers represented by the general formula (1), a polymer in which m is 1 can be obtained by any of the following methods (a) or (b). it can.
(A) In the general formula (2), W is a halogen atom, and V in the general formula (3) described in the following reaction formula (II) is -Sn (R 10 ) 3 (R 10 is the number of carbon atoms. 1 to 6 hydrocarbons), a compound represented by any one of boronic acid or boronic ester groups.
(A) In the general formula (2), W is represented by any one of -Sn (R 10 ) 3 (R 10 represents a hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms), boronic acid or boronic ester group. A method in which a compound and a compound in which V in the general formula (3) described in the following reaction formula (II) is a halogen atom are cross-coupled.
上記反応式(II)におけるクロスカップリング反応としては、例えば、Stilleカップリング反応、Suzukiカップリング反応が好適に採用される。
As the cross-coupling reaction in the above reaction formula (II), for example, Stille coupling reaction and Suzuki coupling reaction are preferably employed.
以下、上記反応式(II)を具体例を挙げ詳述するが、本発明の範囲は以下の具体例に限定されるものではない。一般式(1)で表される重合体は、例えば、下記反応式(III)に示すように、一般式(2)においてWが臭素原子で表される化合物と、一般式(3)のVが4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロランで表される化合物とをSuzukiカップリング反応により重合させる事で得ることができる。
上記反応(III)の好適な実施態様としては、例えば、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で、溶媒および金属錯体の存在下でクロスカップリング反応させる方法が挙げられる。上記反応(III)で用いられる金属錯体としては、例えば、ニッケルやパラジウム等の金属錯体が挙げられ、特にPd(PPh3)4、PdCl2(dppf)、又はNiCl2(dppp)等のようにホスフィン類が配位している金属錯体を用いることが好ましい。
Hereinafter, the reaction formula (II) will be described in detail with specific examples, but the scope of the present invention is not limited to the following specific examples. For example, as shown in the following reaction formula (III), the polymer represented by the general formula (1) is a compound in which W is a bromine atom in the general formula (2) and V in the general formula (3). Can be obtained by polymerizing a compound represented by 4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane by a Suzuki coupling reaction.
A preferred embodiment of the reaction (III) includes, for example, a method in which a cross-coupling reaction is performed in the presence of a solvent and a metal complex in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. Examples of the metal complex used in the reaction (III) include metal complexes such as nickel and palladium, and in particular, Pd (PPh 3 ) 4 , PdCl 2 (dppf), NiCl 2 (dppp) and the like. It is preferable to use a metal complex in which phosphines are coordinated.
上記反応(III)では、通常、有機溶媒又は水などの溶媒が用いられ、好適には有機溶媒が用いられる。用いられる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノールなどのアルコール;N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリルなどの非プロトン性極性溶媒;ジエチルエーテル、ジイソプロピエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル;ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、o-ジクロロベンゼンなどの芳香族化合物: ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素などが挙げられ、中でも芳香族化合物又はエーテルが好ましく用いられる。かかる溶媒はそれぞれ単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、かかる有機溶媒の使用量は、一般式(3)で示される化合物1質量部に対して、1〜200質量部であることが好ましく、5〜100質量部であることがより好ましい。
上記反応(III)のクロスカップリング反応における反応温度については特に限定されず、−50〜200℃の範囲であることが好ましい。反応温度が−50℃未満の場合、反応速度が極めて遅くなるおそれがあり、−20℃以上であることがより好ましい。一方、反応温度が200℃を超える場合、生成物または触媒である金属錯体の分解を促進するおそれがあり、170℃以下であることがより好ましい。反応時間は、1分〜100時間であることが好ましく、0.5〜80時間であることがより好ましい。また、反応圧力は、0〜3MPa(ゲージ圧)であることが好ましい。
In the reaction (III), an organic solvent or a solvent such as water is usually used, and an organic solvent is preferably used. Examples of the organic solvent used include alcohols such as methanol and ethanol; aprotic polar solvents such as N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide and acetonitrile; diethyl ether; Ethers such as diisopropyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane and tetrahydrofuran; aromatic compounds such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene and o-dichlorobenzene: aliphatic hydrocarbons such as hexane and heptane Among them, aromatic compounds or ethers are preferably used. Such solvents may be used alone or in combination of two or more. Moreover, it is preferable that it is 1-200 mass parts with respect to 1 mass part of compounds shown by General formula (3), and, as for the usage-amount of this organic solvent, it is more preferable that it is 5-100 mass parts.
The reaction temperature in the cross coupling reaction of the reaction (III) is not particularly limited, and is preferably in the range of −50 to 200 ° C. When reaction temperature is less than -50 degreeC, there exists a possibility that reaction rate may become very slow, and it is more preferable that it is -20 degreeC or more. On the other hand, when reaction temperature exceeds 200 degreeC, there exists a possibility of promoting decomposition | disassembly of the metal complex which is a product or a catalyst, and it is more preferable that it is 170 degrees C or less. The reaction time is preferably 1 minute to 100 hours, and more preferably 0.5 to 80 hours. The reaction pressure is preferably 0 to 3 MPa (gauge pressure).
続いて、本発明において、一般式(1)で示される重合体の前駆体である一般式(2)で示される化合物の製造方法について述べる。
本発明において、一般式(2)で示される化合物の内、Wが水素原子で表される化合物は、次に挙げる(ウ)又は(エ)の何れかの方法によって得ることができる。
(ウ)下記反応式(IV)中の、一般式(3)においてW1がハロゲン原子で表される化合物と、一般式(4a)及び(4b)のW2が−Sn(R10)3(R10は炭素数1〜6の炭化水素を表す)、ボロン酸若しくはボロン酸エステル基の何れか一つで表される化合物とをクロスカップリングさせる方法。
(エ)下記反応式(IV)中の、一般式(3)においてW1が−Sn(R10)3(R10は炭素数1〜6の炭化水素を表す)、ボロン酸若しくはボロン酸エステル基の何れか一つで表される化合物と、一般式(4a)及び(4b)のW2がハロゲン原子で表される化合物とをクロスカップリングさせる方法。
Subsequently, in the present invention, a method for producing a compound represented by the general formula (2) which is a precursor of the polymer represented by the general formula (1) will be described.
In the present invention, among the compounds represented by the general formula (2), a compound in which W is a hydrogen atom can be obtained by any of the following methods (c) or (d).
(C) In the following reaction formula (IV), in the general formula (3), W 1 is a halogen atom, and in the general formulas (4a) and (4b), W 2 is -Sn (R 10 ) 3 (R 10 represents a hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms), a method of cross-coupling with a compound represented by any one of boronic acid or boronic ester groups.
(D) In the following reaction formula (IV), in general formula (3), W 1 is —Sn (R 10 ) 3 (R 10 represents a hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms), boronic acid or boronic acid ester A method in which a compound represented by any one of the groups and a compound in which W 2 in the general formulas (4a) and (4b) is represented by a halogen atom are cross-coupled.
上記反応式(IV)におけるクロスカップリング反応としては、例えば、Stilleカップリング反応、Suzukiカップリング反応が好適に採用される。
As the cross coupling reaction in the above reaction formula (IV), for example, Stille coupling reaction and Suzuki coupling reaction are preferably employed.
以下、上記反応式(IV)を具体例を挙げ詳述するが、本発明の範囲は以下の具体例に限定されるものではない。一般式(2)で表される化合物は、例えば、下記反応式(3)に示すように、一般式(2)においてWが臭素原子で表される化合物と、一般式(3)のVがボロン酸エステル基で表される化合物とをSuzukiカップリングさせ得ることができる。
上記反応(V)の好適な実施態様は、前記反応式(III)と同様である。
Hereinafter, the reaction formula (IV) will be described in detail with specific examples, but the scope of the present invention is not limited to the following specific examples. For example, as shown in the following reaction formula (3), the compound represented by the general formula (2) is a compound in which W is a bromine atom in the general formula (2) and V in the general formula (3) is Suzuki coupling can be achieved with a compound represented by a boronic ester group.
A preferred embodiment of the reaction (V) is the same as the reaction formula (III).
続いて、一般式(2)で示される化合物のうち、下記一般式(2b)で表されるWがハロゲン原子の化合物については、下記化学反応式(VI)のように、一般式(2a)で示される化合物にハロゲン原子を導入することにより得ることができる。
上記反応(VI)において、ハロゲン原子を導入する好適な実施態様としては、例えば、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で、溶媒の存在下にハロゲン化剤を反応させる方法が挙げられる。
上記反応(VI)で用いられる溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの炭化水素;ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタンなどのエーテル;酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル;アセトニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル;ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド等が挙げられる。溶媒は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。かかる溶媒の使用量は、一般式(2a)で示される化合物1質量部に対して、1〜100質量部であることが好ましく、1〜50質量部であることがより好ましい。
Subsequently, among the compounds represented by the general formula (2), a compound in which W is a halogen atom represented by the following general formula (2b) is represented by the general formula (2a) as in the chemical reaction formula (VI) below. It can obtain by introduce | transducing a halogen atom into the compound shown by these.
In the above reaction (VI), a preferred embodiment for introducing a halogen atom includes, for example, a method of reacting a halogenating agent in the presence of a solvent in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
Examples of the solvent used in the above reaction (VI) include hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, cumene, hexane, heptane, and octane; dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, 1,1, Halogenated hydrocarbons such as 2,2-tetrachloroethane and chlorobenzene; ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane and dimethoxyethane; esters such as ethyl acetate and butyl acetate; acetonitrile and propionitrile Nitriles; Amides such as dimethylformamide, N-methylpyrrolidone and the like. A solvent may be used independently and may use 2 or more types together. The amount of the solvent used is preferably 1 to 100 parts by mass and more preferably 1 to 50 parts by mass with respect to 1 part by mass of the compound represented by the general formula (2a).
また、上記反応(VI)で用いられるハロゲン化剤としては、例えば、N−クロロスクシンイミド、N−クロロフタル酸イミド、塩素、五塩化リン、塩化チオニル、1,2−ジクロロ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンなどの塩素化剤;N−ブロモスクシンイミド、N−ブロモフタル酸イミド、N−ブロモジトリフルオロメチルアミン、臭素、三臭化ホウ素、臭化銅、臭化銀、臭化−t−ブチル、酸化臭素、1,2−ジブロモ−1,1,2,2−テトラフルオロエタンなどの臭素化剤;ヨウ素、ヨウドトリクロライド、N−ヨードフタル酸イミド、N−ヨードスクシンイミドなどのヨウ素化剤等が挙げられる。これらの中でも、臭素化剤またはヨウ素化剤を用いることが好ましく、臭素化剤を用いることがより好ましい。上記反応2で用いられるハロゲン化剤の使用量については特に限定されず、一般式(2a)で示される化合物1モルに対して0.5〜5モルであることが好ましい。ハロゲン化剤の使用量が5モルを超える場合、未反応のハロゲン化剤の除去作業が煩雑になるおそれがあり、4モル以下であることがより好ましい。一方、ハロゲン化剤の使用量が0.5モル未満である場合、原料である未反応の一般式(2a)で示される化合物との分離精製作業が煩雑になるおそれがあり、1モル以上であることがより好ましい。
上記反応(VI)のハロゲン化における反応温度については特に限定されず、−50〜200℃の範囲であることが好ましい。反応温度が−50℃未満の場合、反応速度が極めて遅くなるおそれがあり、−20℃以上であることがより好ましい。一方、反応温度が200℃を超える場合、生成物または触媒である金属錯体の分解を促進するおそれがあり、170℃以下であることがより好ましい。反応時間は、1分〜100時間であることが好ましく、0.5〜80時間であることがより好ましい。また、反応圧力は、0〜3MPa(ゲージ圧)であることが好ましい。
Examples of the halogenating agent used in the reaction (VI) include N-chlorosuccinimide, N-chlorophthalimide, chlorine, phosphorus pentachloride, thionyl chloride, 1,2-dichloro-1,1,2, Chlorating agents such as 2-tetrafluoroethane; N-bromosuccinimide, N-bromophthalimide, N-bromoditrifluoromethylamine, bromine, boron tribromide, copper bromide, silver bromide, bromide-t- Bromination agents such as butyl, bromine oxide, 1,2-dibromo-1,1,2,2-tetrafluoroethane; iodinating agents such as iodine, iodotrichloride, N-iodophthalimide, N-iodosuccinimide, etc. Is mentioned. Among these, it is preferable to use a brominating agent or an iodinating agent, and it is more preferable to use a brominating agent. The amount of the halogenating agent used in the reaction 2 is not particularly limited, and is preferably 0.5 to 5 mol with respect to 1 mol of the compound represented by the general formula (2a). When the usage-amount of a halogenating agent exceeds 5 mol, there exists a possibility that the removal operation | work of an unreacted halogenating agent may become complicated, and it is more preferable that it is 4 mol or less. On the other hand, when the amount of the halogenating agent used is less than 0.5 mol, the separation and purification work with the unreacted compound represented by the general formula (2a) as a raw material may be complicated, More preferably.
The reaction temperature in the halogenation of the reaction (VI) is not particularly limited and is preferably in the range of −50 to 200 ° C. When reaction temperature is less than -50 degreeC, there exists a possibility that reaction rate may become very slow, and it is more preferable that it is -20 degreeC or more. On the other hand, when reaction temperature exceeds 200 degreeC, there exists a possibility of promoting decomposition | disassembly of the metal complex which is a product or a catalyst, and it is more preferable that it is 170 degrees C or less. The reaction time is preferably 1 minute to 100 hours, and more preferably 0.5 to 80 hours. The reaction pressure is preferably 0 to 3 MPa (gauge pressure).
続いて、一般式(2)で示される化合物のうち、Wが−Sn(R10)3、ボロン酸若しくはボロン酸エステル基で表される化合物については、下記化学反応式(VII)のように、一般式(2b)で示される化合物にSn(R10)3Cl、ボロン酸及び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種と反応させることにより得ることができる。ここで、R10は炭素数1〜6の炭化水素を表す。
上記反応(VII)は、一般式(2b)で示される化合物を塩基とともに、Sn(R10)3Cl、ボロン酸及びボロン酸エステルから選択される少なくとも1種と反応させることにより、一般式(2c)で示される化合物を得る反応である。
Subsequently, among the compounds represented by the general formula (2), a compound in which W is represented by —Sn (R 10 ) 3 , a boronic acid or a boronic ester group is represented by the following chemical reaction formula (VII). The compound represented by the general formula (2b) can be obtained by reacting with at least one selected from the group consisting of Sn (R 10 ) 3 Cl, boronic acid and boronic acid ester. Wherein, R 10 represents a hydrocarbon having 1 to 6 carbon atoms.
In the reaction (VII), the compound represented by the general formula (2b) is reacted with at least one selected from Sn (R 10 ) 3 Cl, boronic acid and boronic acid ester together with a base, This is a reaction for obtaining a compound represented by 2c).
上記反応(III)で用いられる塩基としては特に限定されず、有機リチウム化合物が好適に用いられる。有機リチウム化合物としては、例えば、メチルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウムなどのアルキルリチウム化合物;フェニルリチウムなどのアリールリチウム化合物;ビニルリチウムなどのアルケニルリチウム化合物;リチウムジイソプロピルアミド、リチウムビストリメチルシリルアミドなどのリチウムアミド化合物などが使用される。これらの中でもアルキルリチウム化合物を用いることが好ましい。有機リチウム化合物の使用量については特に限定されず、一般式(3)で示される化合物1molに対して0.5〜5molであることが好ましい。有機リチウム化合物の使用量が5molを超える場合、副反応や生成物の分解を促進するおそれがあり、4mol以下であることがより好ましい。また、有機リチウム化合物の使用量は、1mol以上であることがより好ましい。 It does not specifically limit as a base used by the said reaction (III), An organolithium compound is used suitably. Examples of the organic lithium compound include alkyllithium compounds such as methyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, and tert-butyllithium; aryllithium compounds such as phenyllithium; alkenyllithium compounds such as vinyllithium; lithium diisopropylamide Lithium amide compounds such as lithium bistrimethylsilylamide are used. Among these, it is preferable to use an alkyl lithium compound. The amount of the organic lithium compound used is not particularly limited and is preferably 0.5 to 5 mol with respect to 1 mol of the compound represented by the general formula (3). When the usage-amount of an organolithium compound exceeds 5 mol, there exists a possibility of promoting a side reaction or decomposition | disassembly of a product, and it is more preferable that it is 4 mol or less. The amount of the organic lithium compound used is more preferably 1 mol or more.
以上説明した上記一般式(1)で示される重合体は、新たな有機半導体デバイス材料として好適に用いることができる。中でも、有機薄膜トランジスタ素子、有機光電変換素子の材料として好適に用いられ、有機光電変換素子としてより好適に用いられる。有機光電変換素子は、例えば非特許文献1に記載の方法を用いて実施することができる。
The polymer represented by the general formula (1) described above can be suitably used as a new organic semiconductor device material. Especially, it uses suitably as a material of an organic thin-film transistor element and an organic photoelectric conversion element, and is used more suitably as an organic photoelectric conversion element. An organic photoelectric conversion element can be implemented using the method of a
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
<1H−NMRスペクトル>
本実施例における1H−NMRスペクトルは日本電子株式会社製のJNM−GSX270を用いて測定した。全ての測定は化合物をCDCl3に溶解させた希薄溶液に対して行った。
<重量平均分子量(Mw)・数平均分子量(Mn)>
数平均分子量及び重量平均分子量は、何れも、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)による測定に基づき、ポリスチレン換算値で求められたものである。ここでは、GPC装置として、東ソー(株)製のHLC−8020(品番)を用い、カラムとして、東ソー(株)製のTSKgel Multipore HZの2本を直列に繋いだものを用いた。
<紫外可視吸収スペクトル>
本実施例における紫外可視吸収スペクトルは島津製作所製のSolid Spec 3700を用いて測定した。全ての測定は化合物をクロロホルム溶液(和光純薬工業社製、質量分率99.0+%)に溶解し、得られた濃度5.0×10-4Mの溶液を石英セル(光路長1cm)に入れ行った。本実施例における結果(吸収スペクトル、光学物性データ)は全て、クロロホルム(和光純薬工業社製、質量分率99.0+%)を同量だけ入れた石英セルの光吸収を差し引くことで、クロロホルム溶媒及び石英セルの光吸収の影響を除外した値を示している。全ての測定は、室温にて行い、測定波長領域は300nm〜1200nm、スリット幅5nm、直接受光方式で行った。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.
<1 H-NMR spectrum>
The 1 H-NMR spectrum in this example was measured using JNM-GSX270 manufactured by JEOL Ltd. All measurements were performed on dilute solution obtained by dissolving the compound in CDCl 3.
<Weight average molecular weight (Mw) / Number average molecular weight (Mn)>
The number average molecular weight and the weight average molecular weight are both determined in terms of polystyrene based on measurement by gel permeation chromatography (GPC). Here, HLC-8020 (product number) manufactured by Tosoh Corporation was used as the GPC apparatus, and two TSKgel Multipore HZs manufactured by Tosoh Corporation were connected in series as the column.
<UV-visible absorption spectrum>
The ultraviolet-visible absorption spectrum in this example was measured using Solid Spec 3700 manufactured by Shimadzu Corporation. For all measurements, the compound was dissolved in a chloroform solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., mass fraction 99.0 +%), and the resulting solution having a concentration of 5.0 × 10 −4 M was placed in a quartz cell (
<実施例1>
以下に、ポリ[(フルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(4−ドデシルオキシチオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]の製造方法について詳述する。
<Example 1>
Hereinafter, a method for producing poly [(fluorene-2,7-diyl) -alt- [bis (4-dodecyloxythiophen-5-yl) -2,1,3-benzothiadiazole] will be described in detail.
(合成例1)2−ブロモ−3−ドデシロキシチオフェン
(合成例2)3,7−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−フルオレン
(合成例3)2,7−ビス(3−ドデシロキシチオフェン−2−イル)フルオレン
(合成例4)2,7−ビス(5−ブロモ−3−ドデシロキシチオフェン−2−イル)フルオレン
(合成例5)ポリ[(フルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(4−ドデシルオキシチオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]
<実施例2>
以下に、ポリ[(フルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(4−(2−エチルヘキシロキシチオフェン)−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]の製造方法について詳述する。
<Example 2>
Hereinafter, a method for producing poly [(fluorene-2,7-diyl) -alt- [bis (4- (2-ethylhexyloxythiophene) -5-yl) -2,1,3-benzothiadiazole] will be described in detail. Describe.
(合成例6)3−(2−エチルヘキシロキシ)チオフェンの合成
(合成例7)2−ブロモ−3−(2−エチルヘキシロキシ)チオフェンの合成
(合成例8)2,7−ビス(3−(2−エチルヘキシロキシ)チオフェン−2−イル)フルオレン
(合成例9)2,7−ビス(5−ブロモ−3−(2−エチルヘキシロキシ)チオフェン−2−イル)フルオレン
(合成例10)ポリ[(フルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(4−(2−エチルヘキシロキシ)チオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]
<実施例3>
以下に、ポリ[(フルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(4−(3,7−ジメチルオクチロキシ)−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]の製造方法について詳述する。
<Example 3>
The production method of poly [(fluorene-2,7-diyl) -alt- [bis (4- (3,7-dimethyloctyloxy) -5-yl) -2,1,3-benzothiadiazole] is described below. Detailed description.
(合成例11)3−(3,7−ジメチルオクチロキシ)チオフェンの合成
(合成例12)2−ブロモ−3−(3,7−ジメチルオクチロキシ)チオフェンの合成
(合成例13)2,7−ビス(3−(3,7−ジメチルオクチロキシ)チオフェン−2−イル)フルオレン
(合成例14)3,7−ビス(5−ブロモ−3−(3,7−ジメチルオクチロキシ)チオフェン−2−イル)フルオレン
(合成例15)ポリ[(フルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(4−(3,7−ジメチルオクチロキシ)チオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]
<実施例4>
以下に、ポリ[(カルバゾール−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(4−(2−エチルヘキシロキシチオフェン)−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]の製造方法について詳述する。
<Example 4>
Hereinafter, the production method of poly [(carbazole-2,7-diyl) -alt- [bis (4- (2-ethylhexyloxythiophene) -5-yl) -2,1,3-benzothiadiazole] will be described in detail. Describe.
(合成例16)2,7−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)カルバゾール
(合成例17)2,7−ビス(3−ドデシロキシチオフェン−2−イル)カルバゾール
(合成例18)2,7−ビス(5−ブロモ−3−ドデシロキシチオフェン−2−イル)カルバゾール
(合成例19)ポリ[(カルバゾール−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(4−ドデシルオキシチオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]
<比較例1>
以下に、比較例として合成した、ポリ[(9,9−ジデシルフルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(チオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]の製造方法について詳述する。
<Comparative Example 1>
Production of poly [(9,9-didecylfluorene-2,7-diyl) -alt- [bis (thiophen-5-yl) -2,1,3-benzothiadiazole] synthesized as a comparative example below The method will be described in detail.
(合成例20)
ポリ[(9,9−ジデシルフルオレン−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(チオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]の合成
Synthesis of poly [(9,9-didecylfluorene-2,7-diyl) -alt- [bis (thiophen-5-yl) -2,1,3-benzothiadiazole]
<比較例2>
以下に、比較例として合成した、ポリ[(9−(1−オクチルノニル)−9H−カルバゾール−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(チオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]の製造方法について詳述する。
<Comparative example 2>
Hereinafter, poly [(9- (1-octylnonyl) -9H-carbazol-2,7-diyl) -alt- [bis (thiophen-5-yl) -2,1,3- The production method of benzothiadiazole] will be described in detail.
(合成例21)ポリ[(9−(1−オクチルノニル)−9H−カルバゾール−2,7−ジイル)−アルト−[ビス(チオフェン−5−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール]の合成
<吸光特性>
図1に重合体化合物(7)、(12)、(17)、(22)のクロロホルム希薄溶液中での吸収スペクトルを示す。実施例1〜3のフルオレン環およびアルコキシチオフェン単位を有する重合体化合物(7)、(12)、(17)は、比較例1のアルコキシ基を有さない重合体化合物(22)と比較して、長波長領域に対する吸光特性が向上していることが分かる。
同様に、図2に重合体化合物(21)、(23)のクロロホルム希薄溶液中での吸収スペクトルを示す。図2から、実施例4のカルバゾール環およびアルコキシチオフェン単位を有する重合体化合物(21)は、比較例2のアルコキシ基を有さない重合体化合物(23)と比較して、長波長領域に対する吸光特性が向上していることが分かる。
<Light absorption characteristics>
FIG. 1 shows absorption spectra of the polymer compounds (7), (12), (17) and (22) in a dilute chloroform solution. The polymer compounds (7), (12) and (17) having the fluorene ring and the alkoxythiophene unit of Examples 1 to 3 are compared with the polymer compound (22) having no alkoxy group of Comparative Example 1. It can be seen that the light absorption characteristics in the long wavelength region are improved.
Similarly, FIG. 2 shows absorption spectra of the polymer compounds (21) and (23) in a dilute chloroform solution. From FIG. 2, the polymer compound (21) having a carbazole ring and an alkoxythiophene unit of Example 4 has a light absorption in a long wavelength region as compared with the polymer compound (23) having no alkoxy group of Comparative Example 2. It can be seen that the characteristics are improved.
<有機太陽電池の作製・評価>
非特許文献1に記載の方法に従い、本発明の前記化学式(7)、(12)、(17)、(21)、(22)、(23)で示される重合体を有機半導体材料として用いた光電変換素子を作製した。
洗浄を行ったインジウム−スズ酸化物(ITO)を300nm積層させたガラス基板上にポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレンスルフォネート)をスピンコート法により積層させた。前記化学式(7)、(12)、(17)、(21)、(22)、(23)で示される重合体それぞれとフェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)との混合物(1:4、w/w)を32mg/mLでジクロロベンゼンに溶解させた溶液をスピンコート法により塗布することで光活性層を作製した。この際、光活性層の膜厚は80nmであった。作製した膜上にマスクを用いてフッ化リチウム(1nm)とAlパターン(80nm)を蒸着した。
作製した光電変換素子を用いて、擬似太陽光(AM1.5、100mW/cm2)を照射し、光電変換効率を測定した。測定結果を表1に示す。
<Production and evaluation of organic solar cells>
According to the method described in
Poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) was laminated by spin coating on a glass substrate on which 300 nm of cleaned indium-tin oxide (ITO) was laminated. A mixture (1: 4, w) of each of the polymers represented by the chemical formulas (7), (12), (17), (21), (22), and (23) and phenyl C 61 butyric acid methyl ester (PCBM). A photoactive layer was prepared by applying a solution of / w) dissolved in dichlorobenzene at 32 mg / mL by spin coating. At this time, the film thickness of the photoactive layer was 80 nm. Lithium fluoride (1 nm) and an Al pattern (80 nm) were vapor-deposited on the produced film using a mask.
Pseudo sunlight (AM1.5, 100 mW / cm < 2 >) was irradiated using the produced photoelectric conversion element, and the photoelectric conversion efficiency was measured. The measurement results are shown in Table 1.
Claims (4)
Zは(i)置換基を有してもよい2価の芳香環、(ii)置換基を有してもよい芳香環数2〜7の2価の多核芳香環、又は(iii)前記の(i)及び/若しくは(ii)から選ばれる芳香環を最大で3つまで連結させた2価のポリアリーレン基、から選択される何れか1つを表す。nは2以上の数でありmは0又は1である。] A polymer represented by the following general formula (1).
Z is (i) a divalent aromatic ring which may have a substituent, (ii) a divalent polynuclear aromatic ring having 2 to 7 aromatic rings which may have a substituent, or (iii) the above-mentioned It represents any one selected from divalent polyarylene groups in which up to three aromatic rings selected from (i) and / or (ii) are linked. n is a number of 2 or more, and m is 0 or 1. ]
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2012
- 2012-05-09 JP JP2012107651A patent/JP2013234265A/en active Pending
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