JP2014062254A - モノ−、オリゴ−およびポリチエノ[3,2−b]チオフェン類 - Google Patents

モノ−、オリゴ−およびポリチエノ[3,2−b]チオフェン類 Download PDF

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Abstract

【課題】電荷移動性及び溶解性に良好な有機ポリマーを与える、合成が良好な新規なモノ−、オリゴ−及びポリチエノ[3,2−b]チオフェン類の提供。
【解決手段】
Figure 2014062254

等から選択される構造を含有するモノマー、オリゴマー及びポリマー。
【選択図】なし

Description

発明の分野
本発明は新規なモノ−、オリゴ−およびポリチエノ[3,2−b]チオフェン類に関する。本発明はさらに、それらの半導体物質もしくは電荷移送物質、光学、電気光学もしくは電子素子として、例えば液晶ディスプレイのようなもの、光学フィルム、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイおよびRFIDタグのような集積回路素子のための有機電界効果トランジスタ(FETまたはOFET)、フラットパネルディスプレイのエレクトロルミニセンスデバイス、ならびに光起電もしくはセンサー素子における使用に関する。本発明はまた、電界効果トランジスタ発光素子またはIDタグとして前記新規ポリマー類を含むものに関する。
背景および従来技術
従来技術のポリマーとして繰り返しチオフェン単位からなるものは、良好なパフォーマンスを電荷移送物質としてFETアプリケーションにおいてなすことが報告されている。例えば位置規則的な(rigioregular)ポリ(3−アルキル)チオフェンは、最も高い移動性の今日まで記録の一つをポリマーについて有することが立証されている(Sirringhaus et al., Science, 1998,280,p1741)。また、ポリチオフェン類縁体として例えばEP 1 327 646 A1, EP 1 327 647 A1, EP 1 329 474 A1またはEP 1 329 475 A1に開示され異なる数でありかつ位置異性体であるアルキル−チオフェンを含有するものは、相当な電荷キャリア移動性を示す。
このパフォーマンスは、2つの要因によるものと考えられている。第一に、ポリマーバックボーン上のアルキル側鎖の配置によって当該ポリマーを自己組織的とし、溶液からコーティングを行った際に規則正しい構造にする。これによって、電荷移送を支配するホッピング機構を促進する。第二に、イオウ原子がポリマーバックボーン上に存在することによって、電荷移送に好ましいことが示されている。正確なメカニズムは不明であるが、推測によれば、イオウのd軌道として隣接するポリマー鎖上のものが電荷ホッピング機構を促進する。
しかし、上記先行技術文献に開示されているポリマー類は、0.1cm−1−1を越えない電荷キャリア移動性を示すにすぎない。また、従来技術の物質は、多くの場合限られた溶解度しか示さないため、このことが該ポリマーを半導体素子の製造のために加工する際の難点となる。半導体素子としては、薄膜トランジスタ(TFT)または電界効果トランジスタ(FET)である。
したがって、電荷移動性および溶解性を有機ポリマー類について向上せしめ、トランジスターのパフォーマンスを付与することがすることが望まれている。
本発明の目的は、新たな有機物質として半導体または電荷移送物質として用いられ、合成が容易であり、高い電荷移動性および良好な加工性を有するものを提供することにある。とくに、該物質は容易に加工されて薄くかつ大面積のフィルムを形成し、半導体素子に用いられるものである。また、該物質は酸化に安定でありながら、所望の電子的物性を保持するかまたは改善さえするものである。
本発明の発明者らが見いだしたのは、物質としてチエノ[3,2−b]チオフェン(1)(TT)に基づくものであり、
Figure 2014062254
とくにTTのオリゴマーおよび(コ)ポリマーとして、3,6−ジ置換TT基および/または置換チオフェンまたはセレノフェン基を有するものが、良好な電荷移動性を示し、かつ所望の溶液加工特性を保持することである。
TT物質は従来技術において知られている。例えばNakayama et al., Heterocycles 1994, 38, p. 143には、3,6−ジメチルTTについて報告されている。Saidman et al., J. Appl. Electrochemistry, 2001, 31, p839には、3,6−ジメチルTTが電界重合では、不溶性のポリマーしか与えないことが報告されている。Nakayama et al., Tetrahedron 1996, 52, p. 471には、3,6−ジメチルTTのダイマー類、トリマー類およびテトラマー類が報告されている。ここでもテトラマー類は極めて低い溶解性であり、電子的特性を有しないことが報告されている。
Fuller et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1997, 1, 3465-70には、3,6−ジ置換TTとしてチオアルキル(−S−Me、−S−Ph)およびシリルアルキル(−Si(Me))の置換基を有するものが報告されている。しかし、ポリマー類は開示されていない。また、チオエーテル類は多くの場合望まれたようなものではいない。これらの側鎖の多電子性のため、ポリマーが酸化的に不安定となるからである。
従来技術における報告として、ポリマーであって無置換のTTに関するものがある。Kossmehl et al., Makromol. Chem. 1982, 183, p. 2747には、TTのコポリマーとして例えばビニレンリンカー基を有するものが報告されている。しかし、これらのポリマーは溶解性に乏しく、電子的特性は報告されていない。Rutherford et al., Macromolecules, 1992, 125, p. 2294には、TTとしてアルキニルリンカーを有するものの合成および電界重合された無置換またはモノエチル化されたTTの合成が報告されている。やはり、全てのポリマーは不溶性であった。
WO99/12989には、オリゴマーおよびポリマーとして2つまたは3つ以上の縮合チオフェン環であって置換されていても無置換であってもよいものを含むもののTFTsおよびFETにおける使用が開示されている。しかし、ジ置換TTのコポリマーまたはそれらの調製についての具体的な開示はない。
したがって、本発明の多の目的は、チエノ[3,2−b]チオフェン(TT)物質として半導体の製造において容易に加工可能であり、より高い安定性を有し、より簡便な合成を大規模においても可能とするものを、従来技術のTT物質に比較して提供することである。
上記目的は、本発明のオリゴマーおよび(コ)ポリマー本発明を提供することによって達成されることが見いだされた。
発明の概要
本発明は、モノマー、オリゴマーおよびポリマーとして、少なくとも1種のチエノ[3,2−b]チオフェン−2,5−ジイル基を含み、少なくとも1種のTT基として3位および6位において置換され、および/または少なくとも1種のチオフェン−2,5−ジイルまたはセレノフェン−2,5−ジイル基として3位および/または4位において置換されているものを含むことを特徴とするものに関する。
本発明はさらに、半導体物質または電荷移送物質、成分もしくは素子として上に定義したモノマー、オリゴマーおよびポリマーを少なくとも1種含むものに関する。
本発明はまた、本発明のポリマーの使用として、電荷移送物質、半導体物質、伝導性物質、光伝導性物質または発光物質として光学もしくは電気光学素子もしくは要素におけるもの、有機電界効果トランジスタ(OFET)、集積回路(IC)、薄膜トランジスタ(TFT)、フラットパネルディスプレイ、無線IC(RFID)タグ、エレクトロルミネセントまたはフォトルミネセント素子もしくは要素、有機発光ダイオード(OLED)、ディスプレイのバックライト、光起電もしくはセンサー素子、電荷注入層、ショットキーダイオード、平坦化層、静電防止膜、導電基板もしくはパターン、電池の電極物質、光伝導体、電子写真アプリケーション、電子写真記録、有機記憶素子、配向層、化粧もしくは医薬組成物、またはDNA配列の特定および分別のための使用に関する。
本発明はさらにまた、電気光学もしくは電子素子、FET、集積回路(IC)、TFT、OLEDまたは配向層として、本発明の半導体物質または電荷移送物質、成分もしくは素子を含むものに関する。
本発明はまたさらに、TFTもしくはTFTアレイとしてフラットパネルディスプレイ、無線IC(RFID)タグ、エレクトロルミネセントディスプレイまたはバックライトとして本発明の半導体物質または電荷移送物質、成分もしくは素子またはFET、IC、TFTもしくはOLEDを含むものに関する。
そして本発明は、セキュリティマーキングまたは素子として本発明のFETまたはRFIDタグを含むものに関する。
発明の詳細な説明
本発明のモノマー、オリゴマーおよびポリマーが電荷移送半導体としてとくに有用であるのは、高いキャリア移動性を有するためである。電荷移送半導体としてとくに有用である。このような改善がキャリア移動性になされた理由の1つは、平坦性が増大し、縮合環系の結合によるものであり、イオウ原子の濃度が単位長さについてより高くなっていることも挙げられる。例えば、TTは3つの二重結合を有し、分子あたり2つのイオウ原子を有するのに対して、チオフェンは2つの二重結合と1つのイオウ原子を有し、2,2−ビチオフェンは4つの二重結合と2つのイオウ原子を分子あたりに有する。
TTの官能化芳香族コモノマーまたは不飽和コモノマーとの共重合によって、溶解性と電荷移送性がさらに改善される。芳香族コモノマーの変更によって、ポリマーのバンドギャップを調整する方法が与えられる。これによって、安定性が向上し、キャリア移動性が高められる。
本発明の化合物のうちジ置換TT基を含むものはとくに好ましい。無置換のTTを直接重合すると、多くの場合不溶性のポリマーが生じるため、コモノマーとして溶解性基を有するものと重合せしめ、ポリマーに良好な溶解性を付与する必要がある。一置換TTは、直接重合して溶解性のポリマーとし得るが、とくにホモポリマーの場合には、それぞれのTT上の置換基の隣接する置換TTに対する方向性を注意深く制御して、高い位置規則性を確保しなければならない。高い位置規則性は、一置換チオフェンの場合には、良好な電荷移動性を有する物質を得るために必須であることが示されている。しかし、高い位置規則性を有する物質の合成は、自明ではなく、そのようなポリマーの合成にさらに複雑さおよび費用を与える。
とくに好ましいのはポリマーのうちTT基が2つのアルキルまたはフルオロアルキル基によって置換されているものである。フルオロアルキルおよびアルキル側鎖をTT基に導入することによって、溶解性が向上し、そのため溶解としての加工性(solution processibility)も向上する。また、フルオロアルキル側鎖の存在によって、これらの物質はn型半導体として有効になる。フルオロによって、さらにHOMOが低くなり、より安定な物質となり、酸化による影響が小さくなる。
式I
−([A]−[B]−[C]−[D]− I
の化合物であることを特徴とする請求項1に記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマー。
式中、AおよびCは相互に独立して
Figure 2014062254
であり、
BおよびDは相互に独立して−CX=CX−、−C≡C−またはアリーレンまたはヘテロアリーレン基であり、該基は任意に1つまたは2つ以上の基Rによって置換されていて、
およびRは相互に独立してH、ハロゲン、アリールまたはヘテロアリールを示し、任意に置換されていて、または直鎖状、分枝状または環状のアルキルとして1個〜20個のC原子を有し、無置換であるか、F、Cl、Br、IまたはCNによって単置換または多置換されていてよく、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、各々の場合相互に独立して、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR00−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CX=CX−または−C≡C−によって、Oおよび/またはS原子が相互に直接結合していないように置換されていることも可能であり、
およびXは相互に独立してH、F、ClまたはCNであり、
およびR00は相互に独立してH、1個〜12個のC原子を有するアルキルまたはアリールであり、
aおよびcは相互に独立して0または1であり、少なくとも1つの基[(A)−(B)−(C)−(D)]においてはaおよび/またはcは1であり、
bおよびdは相互に独立して0、1または2であり、
nは1〜10,000の整数であり、n>1である場合、基[(A)−(B)−(C)−(D)]は同一でも異なってもよく、ただし、
a)前記化合物は少なくとも1種の基AまたはCとして、少なくとも3個のC原子をそれぞれ有する基RおよびRによって置換されているものを含み、および/または
b)前記化合物は少なくとも1種の基BまたはDとして、チオフェン−2,5−ジイルまたはセレノフェン−2,5−ジイルであって3位および/または4位がHとは異なる基Rによって置換されているものを含む。
式Iの化合物は好ましくは式I1から選択される。
−[(A)−(B)−(C)−(D)−R I1
式中、R、R、a、b、c、dおよびnは相互に独立して式Iの意味の1つを有し、
およびRは相互に独立してH、C〜C12−アルキル、ハロゲン、Sn(R、B(OR、CHCl、COH、CH=CH、SiR00000、または任意に置換されていてもよいアリールまたはヘテロアリールであり、
000は式IにおいてR00に与えられた意味の1つを有し、
およびR00は式Iにおける意味を有する。
およびRを、以下「末端基」という。
とくに好ましいのは式IおよびI1のオリゴマーおよびポリマー(すなわちn>1である)であり、同一の繰り返し単位[(A)−(B)−(C)−(D)]を有するものである。
さらに好ましい式IおよびI1の化合物は、RおよびRが同一の基であるものである。
とくに好ましいのはオリゴマーおよびポリマーは、とくに式IおよびI1のもののうち重合度(式I中のn)として2〜5000を有し、とくに10〜5000を有し、極めて好ましくは20〜1000を有するものである。
さらに好ましいオリゴマーおよびポリマーは、とくに式IおよびI1のもののうち分子量が5000〜300,000、とくに10,000〜100,000のものである。
本発明のオリゴマーおよびポリマーにおいて、基[(A)−(B)−(C)−(D)]の選択は、互いに独立して式Iから行うことができる。したがって、オリゴマーまたはポリマーは、同一または異なる繰り返し単位[(A)−(B)−(C)−(D)]を含むことができる。したがって、前記オリゴマーおよびポリマーは、ホモポリマーおよびコポリマーとして、例えば以下のものを包含する。
−統計的に無秩序なコポリマー。例えばモノマー配列として−A−B−B−C−B−D−A−B−D−または−A−C−A−A−C−などを有する。
−交互コポリマー。例えばモノマー配列として−A−B−A−B−A−B−A−B−、−A−B−C−A−B−C−または−A−B−C−D−A−B−C−Dなどを有する。これらはそれぞれモノマーユニット(A−B)、(A−B−C)および(A−B−C−D)のホモポリマーともみなし得る。または、モノマー配列として−(A−B−C)−(A−B)−(A−B−C)−(A−B)−を有するもの。および
−ブロックコポリマー。例えばモノマー配列として−A−A−B−B−B−B−C−C−C−D−D−D−を有するもの(A、B、CおよびDをモノマー単位とみなす)、または−(A−B)−(A−B)−(A−B)−(A−B−C)−(A−B−C)−(A−B−C)−(A−B−C)(例えば(A−B)、および(A−B−C)をモノマー単位とみなす)。
式中、基A、B、CおよびDは、好ましくは一緒になって共役系を形成し、ここで、多数の基(例えば、配列−B−B−B−B−B−における各々の基B)は、互いに同一であるかまたは異なることができる。
とくに好ましいのはポリマーのうち式(A−B)、(A−B−C)、(A−B−D)、(A−C−D)、(B−C−D)または(A−B−C−D)の、同一の繰り返し単位からなるものである。
好ましくは基A、B、CおよびDは、一緒になって共役系を形成する。
さらに好ましいのは、式IおよびI1のポリマーのうち位置規則的な(regioregular)ものであって、とくに高い位置規則性としてヘッド−トゥ−テイル(head-to-tail(HT))カップリングを有するものである。
これらのポリマーにおける位置規則性は、好ましくは少なくとも90%、とくに95%以上であり、極めて極めて好ましくは98%以上であり、最も好ましくは99〜100%である。
位置規則的なポリマーが有利であるのは、強い鎖内パイ−パイ−積み重ね相互作用(interchain pi-pi-stacking interactions)および高い結晶性を有し、効果的な電荷移送物質として高いキャリア移動性を有するものであるからである。
さらに好ましいポリマーは、対称性の繰り返し単位を含むものであり、とくにホモポリマーとして対称的な3,6−ジ置換TT−2,5−ジイルモノマーのものであり、この場合には位置規則性は重要ではない。
さらに好ましいのは、式IおよびI1のモノマー、オリゴマーおよびポリマーのうち、以下のものである。
−bが1およびBがチオフェン−2,5−ジイルまたはセレノフェン−2,5−ジイルであって、任意に1つまたは2つのHではない基Rによって置換されているもの、
−RおよびRの選択がC〜C20−アルキルであって任意に1つまたは2つ以上のフッ素原子によって置換されているもの、C〜C20−アルケニル、C〜C20−アルキニル、C〜C20−エステル、C〜C20−アミノ、C〜C20−フルオロアルキルおよび任意に置換されているアリールまたはヘテロアリールからなされるもの、
−RおよびRの選択が、H、C〜C12−アルキル、ハロゲン、Sn(R、B(ORCHCl、CHOH、CH=CH、SiR00000および任意に置換されているアリールまたはヘテロアリールからなされるもの、
−PがOHまたは−O−Si−R00000であり、好ましくはR、R00およびR000は同一または異なる基であって、それらの選択はアリールまたはC〜C12−アルキル、好ましくはC〜C−アルキル、メチル、エチル、イソプロピル、tert−ブチルまたはフェニルからなされるもの、
−n>1であるもの。
BまたはDが、アリーレンまたはヘテロアリーレンである場合には、これは、好ましくは、25個までのC原子を有する単環式、二環式または三環式芳香族または複素芳香族基であり、ここで、環は、縮合していることができ、ここで、複素芳香族基は、好ましくはN、OおよびSから選択された少なくとも1個の複素環原子を含む。これは、任意に、F、Cl、Br、I、CNおよび、1〜20個のC原子を有し、無置換であるか、F、Cl、Br、I、−CNまたは−OHにより単置換または多置換されており、ここで、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、任意に、各々の場合において互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR00−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−または−C≡C−により、Oおよび/またはS原子が、互いに直接結合しないように置き換えられている、直鎖状、分枝状または環状アルキルの1つまたは2つ以上で置換されている。
好ましいアリーレンまたはヘテロアリーレン基は、さらに1つまたは2つ以上のCH基が、Nにより置き換えられていることができるフェニレン、またはナフタレン、アルキルフルオレンまたはオキサゾール、チオフェン、セレノフェン、ジチエノチオフェンから選択され、ここで、すべてのこれらの基は、上記に定義したLで、任意に単置換または多置換されている。
とくに好ましいアリーレンまたはヘテロアリーレン基は、1,4−フェニレン、フッ素化1,4−フェニレン、2,5−ピリジン、2,5−ピリミジン、p,p’−ビフェニル、ナフタレン−2,6−ジイル、チオフェン−2,5−ジイル、セレノフェン−2,5−ジイル、フッ素化またはアルキル化チオフェン−2,5−ジイルまたはセレノフェン−2,5−ジイル、2,2’−ジチオフェン、フッ素化またはアルキル化2,2’−ジチオフェン、[3,2−b]チオフェン−2,5−ジイル、フッ素化またはアルキル化チエノ[3,2−b]チオフェン−2,5−ジイル、フッ素化ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン、2,5−チアゾール、2,5−チアジアゾール、2,5−オキサゾールおよび2,5−オキサジアゾールであり、これらのすべては、無置換であるか、または上記に定義したLで単置換もしくは多置換されている。
1〜4の1つがアリールまたはヘテロアリールである場合には、これらは、好ましくは、25個までのC原子を有する単環式、二環式または三環式芳香族または複素芳香族基であり、ここで、環は、縮合していることができ、ここで、複素芳香族基は、好ましくはN、OおよびSから選択された少なくとも1個の複素環原子を含む。これらは、任意に、F、Cl、Br、I、CNおよび、1〜20個のC原子を有し、無置換であるか、F、Cl、Br、I、−CNまたは−OHにより単置換または多置換されており、ここで、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、任意に、各々の場合において互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR00−、−CO−、−COO−、OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−または−C≡C−により、Oおよび/またはS原子が、互いに直接結合しないように置き換えられている、直鎖状、分枝状または環状アルキルの1つまたは2つ以上で置換されている。
とくに好ましいアリールおよびヘテロアリール基は、フェニル、フッ素化フェニル、ピリジン、ピリミジン、ビフェニル、ナフタレン、チオフェン、セレノフェン、フッ素化チオフェン、ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン、チアゾールおよびオキサゾールであり、これらのすべては、無置換であるか、上記に定義したLで単置換または多置換されている。
1〜4の1つが、アルキルまたはアルコキシ基である場合、すなわち末端CH基が−O−により置き換えられている場合には、これらは、直鎖状または分枝状であることができる。これらは、好ましくは直鎖状であり、3〜8個の炭素原子を有し、したがって好ましくは、例えば、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキシルオキシ、ヘプトキシまたはオクトキシ、さらにノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシまたはテトラデコキシである。
フルオロアルキルまたはフッ素化されたアルキルまたはアルコキシは、好ましくは直鎖状(O)C2i+1であり、ここで、iは、1〜20、とくに3〜15の整数であり、極めて好ましくは、(O)C、(O)C、(O)C11、(O)C13、(O)C15または(O)C17、最も好ましくは(O)C13である。
CX=CXは、好ましくは、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CH−、−CF=CF−、−CH=C(CN)−または−C(CN)=CH−である。
ハロゲンは、好ましくは、F、BrまたはClである。
ヘテロ原子は、好ましくは、N、OおよびSから選択される。
とくに好ましいのは式IおよびI1の化合物のうち、−([A]−[B]−[C]−[D]−の選択が下記式からなされるものである。
Figure 2014062254
Figure 2014062254
式中、nは式Iにおける意味の1つを有し、Rは式IにおいてRに与えられた意味の1つまたは上記および下記において与えられた好ましい意味を有し、好ましくはHではない。
モノマー、オリゴマーおよびポリマーのうち、ジ置換されたTT基および任意に置換されているチエノ[2,3−b]チオフェン、例えば下記式のようなものを含むもの
Figure 2014062254
式中、RおよびRは式Iにおける意味の1つを有し、Hではなく、RおよびRはRについて上記にて与えられた意味の1つを有するものは、好ましさが低い。
本発明の化合物の合成は、公知の方法によって、もしくはそれと類似の方法によって、または下に示す方法によって、行うことができる。他の方法は例から理解される。
パートA:3,6−ジアルキル−チエノ[3,2−b]チオフェンの合成:
3,6−ジメチルを除いて、TT類の3,6−ジアルキル化は先行技術文献において報告されている。3,6ジメチル化チエノ[3,2−b]チオフェンへのワン・ポット操作として下記スキーム1に示したものは、Nakayama et al., Heterocycles 1994, 38, p143に報告されている。しかし、この方法は欠点としてさらに長鎖のアルキル誘導体の調製には用い得ないということがある。これは環の閉鎖性によるものである。しかし、さらに長いアルキル鎖が溶液加工性ポリマーを得るために望まれる。
スキーム1:ジメチル−チエノ[3,2−b]チオフェンの調製(従来技術)
Figure 2014062254
チエノ[3,2−b]チオフェン(1)(R=H)の合成としてスキーム2に記載したものはFuller et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1997, 1, 3465-70に報告されている。同文献には、6−ジブロモチエノ[3,2−b]チオフェン(2)の調製についても報告があり、これは四臭素化および還元をチエノ[3,2−b]チオフェン核について行うものであってスキーム3に示す。二臭素化中間体(2)のチオアルキル(−SR)誘導体への変換をリチウムとの反応およびそれに続く電子吸引性ジスルフィドとの反応によって行う。しかし、チオエーテル類はこの場合には好ましくない。というのは、これらの側鎖の多電子性によって、ポリマーは酸化的に不安定になるからである。しかも、長鎖アルキル誘導体は同様なルートでは導入しにくく、これはハロゲン化アルキルの低反応性に起因するものであり、低温での反応を阻害する。−78℃より高い温度においては、ジリチウム塩(2)が開環する(Fuller et al J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1999, 1, p1273を参照)し、非縮合生成物になってしまう。
スキーム2:チエノ−[3,2−b]チオフェンの合成(従来技術)
Figure 2014062254
スキーム3:3,6−ジアルキルチエノチオフェンのジブロモ誘導体を経由する合成(従来技術)
Figure 2014062254
本発明の3,6−ジアルキルチエノ[3,2−b]チオフェンの好ましい合成をスキーム4に例示する。ジブロモ誘導体を(2)を用いるものである。(2)のクロスカップリングを有機亜鉛試薬と、二座パラジウム触媒(Pd(dppf)Clのような)の存在化にて行うと、マイクロ波加熱下において極めて良好な収率で行われることが見いだされた。すなわち、オクチル亜鉛ブロミド、3,6−ジブロモチエノ[3,2−b]チオフェンおよびPd(dppf)ClをTHF中において、140℃で7分間加熱すると、95%の収率が3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェンについて得られる。
スキーム4
Figure 2014062254
パートB:3,6−ジアルキルチエノチオフェンを含むポリマー
3,6−ジメチルチエノ[3,2−b]チオフェンの重合を電界重合法によって行うと、不溶性のポリマーが得られる(J. Appl. Electrochemistry; 2001; 31, p839)。しかし、該ポリマーは本発明への適用には適さない。
ダイマー類、トリマー類およびテトラマー類が、3,6−ジメチルチエノ[3,2−b]チオフェンについてNakayama et al(Tetrahedron, 1996, 52, p471)に記載されている。ここでも前記テトラマー類は極めて溶解性が低く、また電子的特性については報告されていない。
本発明によれば、ホモポリマー類(3)およびコポリマー類が、3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェンがスキーム5に示すようにして好ましく調製される。該ポリマーは有機溶媒への溶解性が高く、薄膜への加工が容易である。
スキーム5
Figure 2014062254
パートC:無置換のチエノ[3,2−b]チオフェンを含むポリマー類
いくつかの報告が無置換のTTを含有するポリマー類についてなされている。Kossmehl et al., Makromol Chem. 1982, 183, p. 2747において報告されているのは、TTのビニレンリンカー基とのコポリマー類(4)である。しかし、該ポリマー類は溶解性に乏しく電子的特性については報告されていない。
Figure 2014062254
Rutherford et al., Macromolecules, 1992, 125, p. 2294において報告されているのは、アルキニルを有するTT(5)の合成および無置換のTTの電界重合による(6)の生成である。これらのポリマーはやはり不溶性である。
Figure 2014062254
本発明の1つの側面は、無置換のチエノ[3,2−b]チオフェンとアルキル化チオフェン類とのコポリマーの調製である。該ポリマー類は、有機溶媒に容易に溶解し、そのアルキル側鎖は容易にパックされ、近接してパックされた構造を与える。
このような構造は電荷移送に有利である。前記ポリマー類(7)の合成は容易であり、スキーム6に示すようにStilleカップリングによって行われる。Stilleカップリングは、以前抱合ポリマー類の調製に用いられていたものである(Babudri et al, J. Mater. Chem., 2004, 14, p11-34を参照)。
スキーム6
Figure 2014062254
ポリマー(7)は良好なトランジスタ特性を示し、電荷キャリア移動性(μ)として(最適化せずに)0.02cm/vsを有する。
本発明の他の側面は、本発明の化合物および物質の酸化形態および還元形態の両方に関する。電子の損失または獲得の結果、高い導電性を有する高度に非局在化されたイオン性形態が形成する。これは、一般的なドーパントへの暴露の際に生じ得る。好適なドーパントおよびドーピング方法は、例えば、EP 0 528 662、US 5,198,153またはWO 96/21659によって当業者に知られている。
ドーピングプロセスは、典型的には、半導体物質を酸化剤または還元剤で酸化還元反応において処理して、対応する対イオンが適用したドーパントから由来する、物質中の非局在化したイオン性中心部を形成することを含む。好適なドーピング方法は、例えば、大気圧または減圧下においてドーピング蒸気に暴露すること、ドーパントを含む溶液中で電気化学的にドーピングすること、ドーパントを熱的に拡散される半導体物質と接触させること、およびドーパントを半導体物質中にイオン注入することを含む。
電子がキャリアとして用いられる際には、好適なドーパントは、例えば、ハロゲン(例えば、I、Cl、Br、ICl、ICl、IBrおよびIF)、ルイス酸(例えば、PF、AsF、SbF、BF、BCl、SbCl、BBrおよびSO)、プロトン酸、有機酸またはアミノ酸(例えば、HF、HCl、HNO、HSO、HClO、FSOHおよびClSOH)、遷移金属化合物(例えば、FeCl、FeOCl、Fe(ClO、Fe(4−CHSO、TiCl、ZrCl、HfCl、NbF、NbCl、TaCl、MOF、MOCl、WF、WCl、UFおよびLnCl(ここで、Lnは、ランタノイドである))、アニオン(例えば、Cl、Br、I、I 、HSO 、SO 2−、NO 、ClO 、BF 、PF 、AsF 、SbF 、FeCl 、Fe(CN) 3−および種々のスルホン酸のアニオン、例えばアリール−SO )である。
正孔がキャリアとして用いられる際には、ドーパントの例は、カチオン(例えば、H、Li、Na、K、RbおよびCs)、アルカリ金属(例えば、Li、Na、K、RbおよびCs)、アルカリ土類金属(例えば、Ca、SrおよびBa)、O、XeOF、(NO )(SbF )、(NO )(SbCl )、(NO )(BF )、AgClO、HIrCl、La(NO・6HO、FSOOOSOF、Eu、アセチルコリン、R(Rは、アルキル基である)、R(Rは、アルキル基である)、RAs(Rは、アルキル基である)およびR(Rは、アルキル基である)である。
本発明の化合物および物質の導電性形態を、アプリケーションとして、例えば有機発光ダイオード用途における電荷注入層およびITO平坦化層、フラットパネルディスプレイおよびタッチスクリーン用のフィルム、帯電防止フィルム、印刷された導電性基板、電子的アプリケーションにおけるパターンまたは区域、例えば印刷回路板およびコンデンサであるが、これらには限定されないアプリケーションにおける有機「金属」として用いることができる。
本発明の好ましい態様は、メソゲン性または液晶性であり、極めて好ましくは1つまたは2つ以上の重合性基を含む、式Iおよびこの好ましい従属式で表されるモノマー、オリゴマーおよびポリマーに関する。これらの物質がとくに有用であるのは半導体または電荷移送物質としてであるが、それは配向を均一で高度な秩序において、それらの液晶相において公知の技法によって行えるからである。これによって、より高い度合いの秩序性によって、とくに高い電荷キャリア移動性がもたらされる。
本発明の重合性モノマー、オリゴマーおよびポリマーを、従来技術から知られている他の重合性メソゲン性または液晶モノマーと共重合させて、液晶相挙動を誘発するかまたは増強することが可能である。
とくに好ましいのは、ネマティックおよび/またはスメクティック相を有する液晶物質である。FETアプリケーションのためには、スメクティック物質がとくに好ましい。OLEDアプリケーションのためには、ネマティックまたはスメクティック物質が、とくに好ましい。とくに好ましいのはスメクチックA(S)相であり、さらに、高い秩序性を有するスメクチック相であるS、S、SおよびS相である。
液晶物質の配向は、例えば、物質が被覆される基板の処理、被覆の最中または被覆後の物質の剪断、被覆された物質への磁場もしくは電場の適用、または界面活性化合物の液晶物質への添加により達成することができる。配向手法の概要は、例えば、I. Sageにより、"Thermotropic Liquid Crystals"、G. W. Gray編、John Wiley & Sons, 1987, 75-77頁中に、並びにT. UchidaおよびH. Sekiにより、"Liquid Crystals − Applications and Uses Vol. 3"、B. Bahadur編、World Scientific Publishing, Singapore 1992, 1-63頁中に示されている。配向物質および手法の概要は、J. Cognard, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 78, Supplement 1(1981)、1-77頁により示されている。
本発明のモノマー、オリゴマーおよびポリマーは、さらに1種または2種以上の他の適切な成分を含んでもよい。かかる成分は、例えば触媒類、増感剤類、安定剤類、阻害剤類、鎖移動剤類、共反応モノマー類、界面活性化合物類、潤滑剤類、湿潤剤類、分散剤類、疎水剤類、接着剤類、流動改善剤類、消泡剤類、脱気剤類、希釈剤類、反応性希釈剤類、賦形剤類、着色剤類、染料類または顔料類のようなものである。
本発明のモノマー、オリゴマーおよびポリマーは、光学的、電子的および半導体物質として、とくに、例えば、集積回路の部品、IDタグまたはTFTアプリケーションとしての電界効果トランジスタ(FETs)における電荷移送物質として有用である。あるいはまた、これらを、エレクトロルミネセントディスプレイアプリケーションにおける有機発光ダイオード(OLEDs)において、または例えば液晶ディスプレイのバックライトとして、光起電またはセンサー物質として、電子写真式記録のため、および他の半導体アプリケーションのために用いることができる。
とくに、本発明のオリゴマーおよびポリマーは、これらの化合物の溶液を用いた製造方法を可能にする、有利な可溶特性を示す。したがって、層および被膜を含むフィルムを、低費用の生産手法、例えばスピンコーティングにより生じさせることができる。好適な溶媒または溶媒混合物は、アルカンおよび/または芳香族化合物、とくにこれらのフッ素化誘導体を含む。
本発明の物質は、光学的、電子的および半導体物質として、とくに電界効果トランジスタ(FETs)における電荷移送物質として、光起電またはセンサー物質として、電子写真式記録用に、および他の半導体アプリケーション用に有用である。有機半導電性物質を、ゲート誘電体とドレインおよびソース電極との間にフィルムとして配置した、このようなFETsは、一般的に、例えばUS 5,892,244、WO 00/79617、US 5,998,804並びに背景技術の章において引用されている、および以下に列挙する参考文献から知られている。利点を有するため、例えば本発明の化合物の可溶特性を用いた低費用生産および従って大面積の加工性のため、これらのFETの好ましいアプリケーションは、例えば集積回路、TFTディスプレイおよびセキュリティーアプリケーションである。
セキュリティーアプリケーションにおいて、電界効果トランジスタおよび半導電性物質を有する他のデバイス、例えばトランジスタまたはダイオードを、有価証券、例えば貨幣、クレジットカードまたはIDカード、国のIDドキュメント、免許証または金銭的価値を有するすべての製品、例えば切手、チケット、株券、小切手などを証明し、偽造を防止するためのIDタグまたはセキュリティーマーキングに用いることができる。
あるいはまた、本発明のモノマー、オリゴマーおよびポリマーは、有機発光デバイスまたはダイオード(OLEDs)、例えばディスプレイアプリケーションにおいて、または例えば液晶ディスプレイのバックライトとして用いることができる。一般的なOLEDsは、多層構造を用いて実現される。発光層は、一般的に、1つまたは2つ以上の電子移送および/または正孔移送層の間にはさまれる。電圧を印加することにより、電荷キャリアとしての電子および正孔は、発光層の方向に移動し、ここで、これらの組み替えにより、励起され、これに伴って発光層中に含まれるルモフォア(lumophor)単位のルミネセンスが得られる。
本発明の化合物、物質およびフィルムを、これらの電子的および/または光学的特性に対応して、1つまたは2つ以上の電荷移送層および/または発光層において用いることができる。さらに、発光層内でのこれらの使用は、本発明の化合物、物質およびフィルムが、これら自体エレクトロルミネセント特性を示すか、またはエレクトロルミネセント基もしくは化合物を含む場合に、とくに有利である。OLEDsにおいて用いるための好適なモノマー、オリゴマーおよびポリマー化合物または物質の選択、特徴づけおよび加工は、一般的に、当業者により知られている。例えばMeerholz, Synthetic Materials, 111-112, 2000, 31-34, Alcala, J. Appl. Phys., 88, 2000, 7124-7128およびここに引用されている文献を参照されたい。
他の使用において、本発明の化合物、物質またはフィルム、とくにフォトルミネセント特性を示すものは、例えばEP 0 889 350 A1に、またはC. Weder et al., Science, 279, 1998, 835-837により記載されているディスプレイデバイスの光源の物質として用いることができる。
他の使用において、本発明の化合物、物質またはフィルムを、例えばUS 2003/0021913に記載されているように、単独で、または他の物質と共に、LCDもしくはOLEDデバイスにおける配向層において、または配向層として用いることができる。本発明の電荷移送化合物の使用により、配向層の導電性を増大させることができる。LCDにおいて用いられる際には、この増大した導電性により、切換可能なLCDセルにおける負の残留dc効果を減少させ、画像付着(image sticking)を抑制し、または、例えば強誘電性LCDにおいて、強誘電性LCの自発分極電荷の切換により生じる残留電荷を減少させることができる。
配向層上に設けられた発光物質を含むOLEDデバイスにおいて用いる際には、この増大した導電性により、発光物質のエレクトロルミネセンスを増強することができる。メソゲン特性または液晶特性を有する本発明の化合物または物質は、上記のように、配向した異方性フィルムを形成することができ、これは、配向層として、前述の異方性フィルム上に設けられた液晶媒体における配向を誘発または増大するのに、とくに有用である。本発明の物質はまた、US 2003/0021913に記載されているように、光配向層において、または光配向層として用いるための光異性化可能な化合物および/または発色団と組み合わせることができる。
本発明の物質およびポリマーの他の使用としては、とくにそれらの水溶性誘導体(例えば極性またはイオン性側基を有するもの)またはイオンドープ型は、化学センサーまたはDNA配列を特定および分別するための物質として用いることができる。このような使用は、例えばL. Chen, D. W. McBranch, H. Wang, R. Helgeson, F. WudlおよびD. G. Whitten, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1999,96, 12287; D. Wang, X. Gong, P. S. Heeger, F. Rininsland, G. C. BazanおよびA. J. Heeger, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002, 99, 49; N. DiCesare, M. R. Pinot, K. S. SchanzeおよびJ. R. Lakowicz, Langmuir 2002, 18, 7785; D. T. McQuade, A. E. Pullen, T. M. Swager, Chem. Rev. 2000, 100, 2537に記載されている。
本発明の物質およびポリマーは、化粧または医薬組成物としても用いることができ、例えばヘアトリートメント用の化粧組成物についてはEP 1 498 112 A2に記載されている。
以下の例は、本発明を限定せずに例示するためのものである。前記および以下において、すべての温度は摂氏度で示し、すべての百分率は重量で示すが他に記載がある場合にはその限りではない。全て反応は窒素雰囲気下にて行うが、他に記載がある場合にはその限りではない。相変移はDSCの混合物によって、光学顕微鏡を用いて行う。SおよびSx1は未決定の種類のスメクチック変移を意味する。
例1
ポリマー3の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン)(3):
三首フラスコに無水FeCl(0.71g、4.39mmol)を、窒素下において充填する。無水クロロホルム(20mL)を添加し、懸濁液を得る。3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン(0.40g、1.10mmol)の無水クロロホルム(20mL)中の溶液を前記FeClの懸濁液に加える。反応混合物の室温下における攪拌を、窒素バブルを混合物に通して24時間行い、生成したHClを除去する。反応混合物をメタノール(200mL)に注ぎ入れる。沈殿するポリマーを濾別し、およびメタノールによって洗浄する。前記ポリマーの攪拌を25%アンモニア溶液(60mL)中において24時間行い、ポリマーを脱ドープする。前記ポリマーを濾別し水によって洗浄し、続いてメタノールにより洗浄する。前記ポリマーの抽出を、メタノール(ソックスレー)およびアセトン(ソックスレー)により、24時間ずつ行う。最後に前記ポリマーを温めたクロロホルムに溶解せしめ、濾過およびメタノール中における沈殿化を行う。前記ポリマーを遠心分離によって回収し、真空下にて乾燥せしめ29mgの生成物を得る。
Figure 2014062254
例2
ポリマー7の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
2,5−ビストリメチルスタニルチエノ[3,2−b]チオフェン:
チエノ[3,2−b]チオフェンの溶液(Fuller et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1997, 1, 3465-70を参照)(2.00g、14mmol)を無水THF(100ml)に溶解せしめ、−78℃、窒素下にて冷ます。n−ブチルリチウムの溶液(12mlの2.5Mヘキサン溶液中、30mmol)を5分間にわたり滴下添加し、生成した溶液を20℃にて30分間温め、その温度にて3時間攪拌する。生成した懸濁液を−78℃に冷まし、トリメチルスズクロリド(5.9g、30mmol)を一度に固体として添加する。反応を室温まで4時間にわたり温め、その温度にてさらに20時間攪拌する。反応を飽和炭酸水素ナトリウム(100ml)を添加して停止せしめる。酢酸エチル(50ml)を添加し、層を分離せしめる。有機層を炭酸ナトリウム(80mlの2M水溶液)およびブライン(80ml)を用いて洗浄し、乾燥し(硫酸ナトリウム)、濾過して減圧化にて濃縮する。生成する粗生成物を20gの逆相シリカカラムに乾燥担持せしめ、アセトニトリルにて溶離せしめる。第一の画分を回収し、濃縮しアセトニトリルから再結晶せしめ、生成物を白色片として得る。M/Zクラスタは466(M)に集中する。
Figure 2014062254
5,5’−ジブロモ−4,4’−ビス(デシル)−2,2’−ビチオフェン:
4,4’−ビス(デシル)−2,2’−ビチオフェンの調製を公開されている手法と類似の方法によって行う(M. ZagorskaおよびB. Krische Polymer, 1990, 31, p1379を参照)。
4,4’−ビス(デシル)−2,2’−ビチオフェン(6.60g、14.8mmol)のクロロホルム(100ml)溶液および氷酢酸(100ml)に、5℃にて暗黒中N−臭化コハク酸(5.40g、30mmol)を1時間にわたり分けて添加する。得られた溶液をに20℃に温め、さらに16時間攪拌する。溶媒の除去を減圧下にて行い、残渣をMTBE(200ml)に懸濁せしめる。溶液を濾過してコハク酸イミドの副生物を除去した。濾過物の洗浄を5%硫酸ナトリウム(100ml)、水(100ml)およびブライン(100ml)によって行い、乾燥せしめ(硫酸ナトリウム)、濾過し、減圧下にて濃縮する。得られた粗生成物のさらなる精製を逆相カラムクロマトグラフィによってRP18シリカ(23g)上にて、アセトニトリル/THF 2:1によって溶離せしめて行う。最後に酢酸エチルからの再結晶を行って生成物を得る。
Figure 2014062254
ポリ(2,5−ビス(3−デシルチオフェン−2−イル)チエノ[3,2−b]チオフェン)(7):
10mlガラスバイアルに、攪拌棒によって攪拌しながら、5,5’−ジブロモ−4,4’−ジデシルビチオフェン(182mg、0.3mmol)、2,5−ビス(トリメチルスタニル)−チエノ[3,2−b]チオフェン(140mg、0.3mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(5.0mg、1.4mol%)およびクロロベンゼン(4.5ml)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、200℃に10分間加熱する。経過時間は温度が到達後のみのものである。室温に冷ました後反応混合物をメタノール(50ml)および濃塩酸(2ml)の混合物に沈殿せしめ、16時間、20℃にて攪拌する。沈殿物を濾過しメタノール(ソックスレー)およびアセトン(ソックスレー)によって、12時間ずつ抽出する。最後にポリマー温めたクロロベンゼンに溶解せしめ、濾過し、メタノールに沈殿せしめる。前記ポリマーを遠心分離によって回収し、真空下において乾燥せしめ92mgの生成物を得る。
Figure 2014062254
例3
ポリマー8の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
2,5−ジブロモ−3,4−ジデシルチオフェン
3,4−ジデシルチオフェンの調製を公開されている手法と類似の方法によって行う(S. Destri, M. Pasini, C. Pelizzi, W. Porzio, G. Predieri, C. Vignali Macromolecules, 1999, 32, p353を参照)。2,5−ジブロモ−3,4−ジデシルチオフェンの調製を3,4−ジデシルチオフェン公開されている手法と類似の方法によって行う(P. Baeuerle, F. Pfau, H. Schlupp, F. Wuerthner, K. U. Gaudl, M. B. Caro, P. Fischer J. Chem. Soc. , Perkin Trans. 2, 1993, p489を参照)。
ポリ(3,4−ジデシルチオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)(8):
10mlガラスバイアルに、攪拌棒によって攪拌しながら2,5−ジブロモ−3,4−ジデシルチオフェン(157mg、0.3mmol)、2,5−ビス(トリメチルスタニル)−チエノ[3,2−b]チオフェン(140mg、0.3mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(5.0mg、1.4mol%)およびクロロベンゼン(4.5ml)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、200℃に10分間に加熱する。室温に冷ました後反応混合物をメタノール(20ml)および37%塩酸(2ml)の混合物に沈殿せしめ、48時間、20℃にて攪拌する。前記ポリマーを濾別し、メタノールによって洗浄し、真空下において乾燥せしめる。前記ポリマーの洗浄を(ソックスレー抽出によって)メタノールを用いて24時間およびアセトンを用いて24時間行い、真空下において乾燥せしめ生成物をオレンジ色の固体として得る。
Figure 2014062254
例4
ポリマー9の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン:
20mlガラスバイアルに攪拌棒によって攪拌しながら3,6−ジブロモ−チエノ[3,2−b]チオフェン(Fuller, L. S.; Iddon, B.; Smith, K. A. J. Perkin Trans.1, 1997, p3465を参照)(1.0g、3.35mmol)および(1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン)パラジウム(II)クロリド(10mg、0.014mmol)を注入する。前記ガラスバイアルを固く封止し、次に窒素によってパージする。THF(2ml)およびオクチル亜鉛ブロミド(0.5M溶液16.8mL、THF中)を添加し、反応を25℃にて3時間攪拌する。混合物の加熱をマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)内にて、150℃、において7分間行う。反応を冷まし、MTBE(20ml)によって希釈し、5%HCI(10ml)、水(3x10ml)、ブライン(10m)によって洗浄し、乾燥せしめ(硫酸ナトリウム)、濾過しおよび減圧下にて濃縮する。粗性物質のさらなる精製をシリカ(溶離液:石油)上にて行い、得られたワックス状固体をエタノールから再結晶せしめ、生成物を薄黄色固体として得る。
Figure 2014062254
2,5−ジブロモ−3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン:
3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン(2.0g、5.5mmol)の溶液として氷酢酸(50ml)およびクロロホルム(50ml)中のものにN−ブロモスクシンイミド(1.95g、11mmol)を部分として1時間にわたり添加する。溶液の攪拌をさらに20℃にて24時間行う。溶媒の除去を減圧下にて行い、残渣をTBE(100ml)に懸濁せしめ、濾過によってスクシンイミドの副生物を除去する。有機濾過物の洗浄を水(50ml)、5%NaCO(50ml)および水(50ml)によって行い、乾燥せしめ(硫酸ナトリウム)、濾過しおよび減圧下にて濃縮する。残渣のさらなる精製をシリカを通す濾過により行い(溶離液:石油)、黄色オイルを、放置による再結晶により得る。
Figure 2014062254
ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)(9):
10mlガラスバイアルに攪拌棒によって攪拌しながら2,5−ジブロモ−3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン(157mg、0.3mmol)、2,5−ビス−トリメチルスタニルチエノ[3,2−b]チオフェン(140mg、0.3mmol)テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(5.0mg、1.4mol%)およびクロロベンゼン(4.5ml)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、200℃に10分間加熱する。経過時間は温度が到達後のみのものである。室温に冷ました後反応混合物をメタノール(50ml)および濃塩酸(2ml)の混合物に沈殿せしめ、16時間、20℃にて攪拌する。沈殿物を濾過し、抽出をメタノール(ソックスレー)およびアセトン(ソックスレー)によって12時間ずつ行う。最後にポリマーの溶解を温めたクロロベンゼンに行い、濾過し、メタノールに沈殿せしめる。前記ポリマーを遠心分離によって回収し、真空下において乾燥せしめ132mgの生成物を得る。
Figure 2014062254
例5
ポリマー10の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
ポリ(3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チオフェン)(10):
10mlガラスバイアルに攪拌棒によって攪拌しながら2,5−ジブロモ−3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン(157mg、0.3mmol)、2,5−ビス−(トリメチルスタニル)チオフェン(123mg、0.3mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(5.0mg、1.4mol%)およびクロロベンゼン(4.5ml)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、200℃に10分間加熱する。経過時間は温度が到達後のみのものである。室温に冷ました後反応混合物をメタノール(50ml)および濃塩酸(2ml)の混合物に沈殿せしめ、16時間、20℃にて攪拌する。沈殿物抽出をメタノール(ソックスレー)およびアセトン(ソックスレー)によって12時間ずつ行い、真空下において乾燥せしめ102mgの生成物を得る。
Figure 2014062254
例6
ポリマー11の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
ポリ(3.6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−ビチオフェン)(11):
10mlガラスバイアルに攪拌棒によって攪拌しながら2,5−ジブロモ−3,6−ジオクチルチエノ[3,2−b]チオフェン(157mg、0.3mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタニル)−[2,2’]−ビチオフェン(148mg、0.3mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(5.0mg、1.4mol%)およびクロロベンゼン(4.5ml)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、200℃に10分間加熱する。経過時間は温度が到達後のみのものである。室温に冷ました後反応混合物をメタノール(50ml)および濃塩酸(2ml)に沈殿せしめ、16時間、20℃にて攪拌する。沈殿物を濾過し、抽出をメタノール(ソックスレー)およびアセトン(ソックスレー)によって12時間ずつ行う。最後にポリマーを温めたクロロベンゼンに溶解せしめ、濾過し、メタノールに沈殿せしめる。前記ポリマーを遠心分離によって回収し、真空下において乾燥せしめ144mgの生成物を得る。
Figure 2014062254
例7
ポリマー12の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
3,6−ジデシルチエノ[3,2−b]チオフェン:
20mLガラスバイアルに3,6−ジブロモチエノ[3,2−b]チオフェン(1.00g、3.36mmol)およびPd(dppf)Cl(0.14g、0.17mmol、5mol%)を注入し、窒素によって10分間パージする。0.5Mのドデシル亜鉛ブロミド溶液として無水THF(15mL、7.5mmol)中のものを添加する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、攪拌しながら150℃に10分間加熱する。室温に冷ました後、反応混合物の希釈をジエチルエーテル(100mL)によって行い、5%塩酸(50mL)によってクエンチする。有機層を分離し、水相の再抽出をジエチルエーテル(100mL)によって行う。併せた抽出物を洗浄し水によって洗浄し、硫酸ナトリウム上にて乾燥せしめ、真空下にて濃縮する。粗生成物の濾過を短いシリカプラグを通して行い、抽出を石油エーテル40−60によって行う。再結晶を2−ブタノンから行い、生成物を薄黄色の固体として得る。
Figure 2014062254
2,5−ジブロモ−3,6−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン:
三首フラスコに3,6−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン(2.00g、4.19mmol)を注入し、窒素によってパージする。無水THF(20mL)を添加し、溶液を0℃に冷ます。NBS(1.57g、8.81mmol)の部分による添加を20分間にわたって行う。反応混合物の攪拌を0℃にて1時間、および室温にて16時間行う。反応混合物を石油エーテル40−60(200mL)に注ぎ入れ、沈殿物を濾別する。濾過物を真空中にて濃縮し、粗生成物を得る。カラムクロマトグラフィによる精製(溶離液:石油エーテル40−60)し、2−ブタノンからの再結晶によって、生成物を白色固体として得る。
Figure 2014062254
ポリ(3,6−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チオフェン)(12):
10mLガラスバイアルに攪拌棒によって攪拌しながら2,5−ジブロモ−3,6−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン(127mg、0.2mmol)、2,5−ビス(トリメチルスタニル)チオフェン(82mg、0.2mmol)、Pd(dba)(4mg、0.004mmol、4mol%Pd)、P(o−tol)(3mg、0.010mmol、5mol%)、LiCl(9mg、0.2mmol)およびクロロベンゼン(5mL)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、200℃に10分間、攪拌しながら加熱する。室温に冷ました後反応混合物をアセトン(50mL)および37%塩酸(5mL)の混合物に沈殿せしめ、1時間攪拌する。ポリマーを濾別し、アセトンによって洗浄し、真空下において乾燥せしめる。前記ポリマーの洗浄を(ソックスレー抽出によって)、アセトンによって18時間および石油エーテル40−60によって6時間行い、真空下において乾燥せしめ生成物を暗赤色の固体として得る(100mg、89%)。
Figure 2014062254
例8
ポリマー13の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
ポリ(3,6−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−ビチオフェン)(13):
10mLガラスバイアルに攪拌棒によって攪拌しながら2,2’−ジブロモ−3,3−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン(127mg、0.2mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタニル)−2,2’−ビチオフェン(98mg、0.2mmol)、Pd(dba)(4mg、0.004mmol、4mol%Pd)、P(o−tol)(3mg、0.010mmol、5mol%)、LiCl(9mg、0.2mmol)およびクロロベンゼン(5mL)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、200℃に10分間、攪拌しながら加熱する。室温に冷ました後反応混合物をアセトン(50mL)および37%塩酸(5mL)の混合物に沈殿せしめ、1時間攪拌する。ポリマーを濾別し、アセトンによって洗浄し、真空下において乾燥せしめる。前記ポリマーの洗浄を(ソックスレー抽出によって)アセトンによって18時間および石油エーテル40−60によって6時間行い、真空下において乾燥せしめ生成物を暗赤色の固体として得る(96mg、75%)。
Figure 2014062254
例9
ポリマー14の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
ポリ(3,6−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン−コ−チエノ[3,2−b]チオフェン)(14):
10mlガラスバイアルに攪拌棒によって攪拌しながら2,5−ジブロモ−3,6−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン(127mg、0.2mmol)、2,5−ビス−トリメチルスタニルチエノ[3,2−b]チオフェン(93mg、0.2mmol)、Pd(dba)(4mg、0.004mmol、4mol%Pd)、P(o−tol)(4mg、0.010mmol、5mol%)、LiCl(9mg、0.2mmol)およびクロロベンゼン(5ml)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、200℃に10分間加熱する。室温に冷ました後反応混合物をアセトン(50mL)および37%塩酸(5mL)の混合物に沈殿せしめ、1時間攪拌する。前記ポリマーを濾別し、アセトンによって洗浄し、および真空下において乾燥せしめる。前記ポリマーの洗浄を(ソックスレー抽出によって)アセトンによって18時間および石油エーテル40−60によって6時間行い、真空下において乾燥せしめ生成物を赤色の固体として得る(98mg、80%)。
Figure 2014062254
例10
ポリマー15の調製を以下のようにして行う:
Figure 2014062254
ポリ(3,6−ジドデシルチエノ(3,2−b]チオフェン−コ−セレノフェン)(15):
10mlガラスバイアルに攪拌棒によって攪拌しながら2,5−ジブロモ−3,6−ジドデシルチエノ[3,2−b]チオフェン(127mg、0.2mmol)、2,5−ビス−トリメチルスタニルセレノフェン(91mg、0.2mmol)、Pd(dba)(4mg、0.004mmol、4mol%Pd)、P(o−tol)(5mg、0.016mmol、8mol%)および無水THF(4ml)を注入する。前記ガラスバイアルを窒素によってパージし、固く封止する。前記ガラスバイアルをマイクロ波反応器(Emrys Creator, Personal Chemistry Ltd)に設置し、150℃に10分間加熱する。室温に冷ました後、反応混合物をメタノール(50mL)および37%塩酸(5mL)の混合物に沈殿せしめ、1時間攪拌する。前記ポリマーを濾別し、メタノールによって洗浄し、真空下において乾燥せしめる。前記ポリマーの洗浄を(ソックスレー抽出によって)アセトンによって8時間および石油エーテル40−60によって8時間行い、真空下において乾燥せしめ暗赤色固体として生成物を得る。
Figure 2014062254
例11−トランジスタの作製および測定
薄膜有機電界効果トランジスタ(OFETs)の作製を、高くドープしたシリコン基板であって熱成長(thermally grown)酸化ケイ素(SiO)絶縁層を有するものの上に行う。基板がコモンゲート電極として作用する。トランジスタのソース−ドレーン金電極をフォトリソグラフによって前記SiO層上に画定する。有機半導体を沈積せしめる前に、FET基板の処理をシリル化剤であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)によって行う。次に半導体の薄膜への沈積をポリマー溶液をスピンコーティングして行う。前記溶液はクロロホルム、キシレン、クロロベンゼンまたはジクロロベンゼン(0.4〜1.0wt%)中のものであり、沈積はFET基板に行う。トランジスタ素子の電子的特性の決定を雰囲気下にて、コンピュータ制御半導体パラメータアナライザAgilent 4155Cを用いて行う。
トランジスタ特性の例1〜3(化合物3、7および8)ならびに例5〜10(化合物10〜15)についての測定をスピンコーティングによって調製したフィルム上にて行う(表1)。フィルムは100℃における10分間の加熱を窒素下にて行って残余溶媒を除去し、次に室温に冷ましてトランジスタ特性の測定を行う。移送特性および出力特性を、例2(化合物7)について図1に示す。素子は典型的なp型の挙動を良好な電流変調を伴って示し、良好に画定された線形レジームおよび飽和レジームを示した。電界効果位相性の計算は、飽和レジーム(Vd>(Vg−Vo))において式(1)を用いて行う:
Figure 2014062254
Figure 2014062254

Claims (13)

  1. 少なくとも1種のチエノ[3,2−b]チオフェン−2,5−ジイル(TT)基を含むモノマー、オリゴマーおよびポリマーであって、少なくとも1種のTT基として3位および6位が置換されているものおよび/または少なくとも1種のチオフェン−2,5−ジイルまたはセレノフェン−2,5−ジイル基として3位および/または4位が置換されているものを含む特徴とする、前記モノマー、オリゴマーおよびポリマー。
  2. 式I
    −([A]−[B]−[C]−[D]− I
    式中、AおよびCは、相互に独立して
    Figure 2014062254
    であり、
    BおよびDは、相互に独立して−CX=CX−、−C≡C−またはアリーレンまたはヘテロアリーレン基であり、該基は任意に1つまたは2つ以上の基Rによって置換されていて、
    およびRは、相互に独立してH、ハロゲン、任意に置換されているアリールまたはヘテロアリール、または1個〜20個のC原子を有し、無置換であるか、F、Cl、Br、IまたはCNによって単置換または多置換されていてよく、1つまたは2つ以上の隣接していないCH基は、各々の場合相互に独立して、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR00−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CX=CX−または−C≡C−によって、Oおよび/またはS原子が相互に直接結合していないように置換されていることも可能である直鎖状、分枝状または環状のアルキルを示し、
    およびXは、相互に独立してH、F、ClまたはCNであり、
    およびR00は、相互に独立してH、1個〜12個のC原子を有するアルキルまたはアリールであり、
    aおよびcは、相互に独立して0または1であり、少なくとも1つの基[(A)−(B)−(C)−(D)]においてはaおよび/またはcは1であり、
    bおよびdは、相互に独立して0、1または2であり、
    nは、1〜10,000の整数であり、
    n>1である場合、基[(A)−(B)−(C)−(D)]は、同一でも異なってもよく、ただし、
    a)前記化合物は少なくとも1種の基AまたはCとして、少なくとも3個のC原子をそれぞれ有する基RおよびRによって置換されているものを含み、
    および/または
    b)前記化合物は少なくとも1種の基BまたはDとして、チオフェン−2,5−ジイルまたはセレノフェン−2,5−ジイルであって3位および/または4位がHとは異なる基Rによって置換されているものを含む、
    で表される化合物であることを特徴とする請求項1に記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマー。
  3. 式I1
    −[(A)−(B)−(C)−(D)−R I1
    式中、R、R、a、b、c、dおよびnは、相互に独立して請求項2に記載の意味の1つを有し、
    およびRは、相互に独立してH、C〜C12−アルキル、ハロゲン、Sn(R、B(OR、CHCl、COH、CH=CH、SiR00000、または任意に置換されていてもよいアリールまたはヘテロアリールであり、RおよびR00は請求項2に記載の意味を有し、R000はR00の意味の1つを有する、
    で表される請求項2に記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマー。
  4. 10〜5000の重合度(n)を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマー。
  5. およびRが、C〜C20−アルキルであって任意に1つまたは2つ以上のフッ素原子によって置換されているもの、C〜C20−アルケニル、C〜C20−アルキニル、C〜C20−エステル、C〜C20−アミノ、C〜C20−フルオロアルキルおよび任意に置換されているアリールまたはヘテロアリールから選択される、請求項2〜4のいずれかに記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマー。
  6. BおよびCが、1,4−フェニレン、フッ素化1,4−フェニレン、2,5−ピリジン、2,5−ピリミジン、p,p’−ビフェニル、ナフタレン−2,6−ジイル、チオフェン−2,5−ジイル、セレノフェン−2,5−ジイル、フッ素化またはアルキル化チオフェン−2,5−ジイルまたはセレノフェン−2,5−ジイル、2,2’−ジチオフェン、フッ素化またはアルキル化2,2’−ジチオフェン、フッ素化ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン、2,5−チアゾール、2,5−チアジアゾール、2,5−オキサゾールおよび2,5−オキサジアゾールから選択され、これらは全て無置換であるか、Lによって単置換または多置換されていて、LはF、Cl、Br、またはアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニルまたはアルコキシカルボニル基として1個〜12個のC原子を有し、1つまたは2つ以上のH原子は任意にFまたはClによって置換されている、請求項2〜5のいずれかに記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマー。
  7. [(A)−(B)−(C)−(D)−が、下記式:
    Figure 2014062254

    Figure 2014062254
    式中、nは、式Iにおける意味の1つを有し、Rは、式IにおいてRに与えられた意味の1つを有する、
    から選択される、請求項2〜6のいずれかに記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマー。
  8. 請求項1〜7のいずれかに記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマーの使用であって、電荷移送物質、半導体物質、伝導性物質、光伝導性物質または発光物質として光学もしくは電気光学素子もしくは要素におけるもの、有機電界効果トランジスタ(OFET)、集積回路(IC)、薄膜トランジスタ(TFT)、フラットパネルディスプレイ、無線IC(RFID)タグ、エレクトロルミネセントまたはフォトルミネセント素子もしくは要素、有機発光ダイオード(OLED)、ディスプレイのバックライト、光起電もしくはセンサー素子、電荷注入層、ショットキーダイオード、平坦化層、静電防止膜、導電基板もしくはパターン、電池の電極物質、光伝導体、電子写真アプリケーション、電子写真記録、有機記憶素子、配向層、化粧もしくは医薬組成物、またはDNA配列の特定および分別のための使用。
  9. 請求項1〜7のいずれかに記載の物質を含む、電気光学もしくは電子素子、FET、集積回路(IC)、TFT、OLEDまたは配向層。
  10. 請求項1〜7のいずれかに記載の物質または請求項9に記載のFET、IC、TFT、OLEDを含む、TFTもしくはTFTアレイとしてフラットパネルディスプレイ、無線IC(RFID)タグ、エレクトロルミネセントディスプレイまたはバックライト。
  11. 請求項9または10に記載のFETまたはRFIDタグを含むセキュリティマーキングまたは素子。
  12. 酸化的にまたは還元的にドープされて導電性イオン種を生成する、請求項1〜7のいずれかに記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマー。
  13. 請求項12に記載のモノマー、オリゴマーおよびポリマーを含む、電気アプリケーションもしくはフラットパネルディスプレイのための電荷注入層、平坦化層、静電防止膜または導電基板もしくはパターン。
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