JP2015151372A - Tetraamine derivative, method for producing the same, and organic electronic device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナフタレン又はペリレンを骨格とする環状尿素結合を持つ各種テトラアミン誘導体及びその合成方法、並びに、前記テトラアミン誘導体を用いた有機薄膜トランジスタ(有機TFT)や有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)、有機薄膜太陽電池等の有機エレクトロニクスデバイスに関する。 The present invention relates to various tetraamine derivatives having a cyclic urea bond having naphthalene or perylene as a skeleton, and methods for synthesizing the same, as well as organic thin-film transistors (organic TFTs), organic electroluminescence elements (organic EL elements), and organic compounds using the tetraamine derivatives. The present invention relates to organic electronic devices such as thin film solar cells.
有機TFTや有機EL素子、有機薄膜太陽電池等の有機エレクトロニクスデバイス用の有機化合物として、従来から、縮合多環芳香族構造が注目されている。例えば、所定の置換基修飾されたナフタレン誘導体は、高いホール移動度を示すことが知られており、各種誘導体の研究開発が盛んに行われている。 Conventionally, condensed polycyclic aromatic structures have attracted attention as organic compounds for organic electronics devices such as organic TFTs, organic EL elements, and organic thin-film solar cells. For example, a naphthalene derivative modified with a predetermined substituent is known to exhibit high hole mobility, and research and development of various derivatives have been actively conducted.
一方、強い電子供与性基であるアミンを多く含むテトラアミノベンゼンやテトラアミノナフタレン等は、骨格が不安定であるが、置換基修飾を行うことにより骨格の安定化を図ることができる。有機半導体用途ではないが、例えば、非特許文献1,2には、テトラアミノペリレンをカルボニル基やボロンによる安定化させることが記載されている。 On the other hand, tetraaminobenzene, tetraaminonaphthalene, and the like containing a large amount of amine, which is a strong electron donating group, have an unstable skeleton, but the skeleton can be stabilized by modifying the substituent. Although not used for organic semiconductors, for example, Non-Patent Documents 1 and 2 describe stabilization of tetraaminoperylene with a carbonyl group or boron.
また、環状尿素結合を持つテトラアミノナフタレンは、強いドナー特性を持つことが非特許文献3に示唆されている。非特許文献3には、前記化合物の合成方法も開示されている。 Non-patent document 3 suggests that tetraaminonaphthalene having a cyclic urea bond has strong donor properties. Non-Patent Document 3 also discloses a method for synthesizing the compound.
しかしながら、上記非特許文献3には、環状尿素結合を持つテトラアミノナフタレンが、有機半導体用途であるとの示唆はなく、また、その合成方法は、有機合成としては超高温での熱分解反応を利用しており、収率が低いという課題を有している。 However, the non-patent document 3 does not suggest that tetraaminonaphthalene having a cyclic urea bond is used for organic semiconductors, and the synthesis method thereof is a pyrolysis reaction at an extremely high temperature as organic synthesis. It has a problem that the yield is low.
また、ペンタセン等の縮合多環芳香族系化合物は、有機溶媒への溶解性が一般的に低く、有機エレクトロニクスデバイスの製造における薄膜形成において工業的に有利である塗布法を適用することが困難である。
一方、ナフタレン誘導体のように縮環数が少ない場合は、溶解性は向上するものの、十分な電荷移動度を得るためには、置換基修飾が必要である。また、環状尿素結合を持つテトラアミン構造を有する化合物は、アミノ基による強いドナー性とアルキル基等による高溶解性を示すことから有機半導体への応用が期待できる。
In addition, condensed polycyclic aromatic compounds such as pentacene are generally low in solubility in organic solvents, and it is difficult to apply a coating method that is industrially advantageous in the formation of thin films in the production of organic electronics devices. is there.
On the other hand, when the number of condensed rings is small like naphthalene derivatives, solubility is improved, but substituent modification is necessary to obtain sufficient charge mobility. Further, a compound having a tetraamine structure having a cyclic urea bond is expected to be applied to an organic semiconductor because it exhibits a strong donor property due to an amino group and a high solubility due to an alkyl group or the like.
本発明者らは、上記のような従来技術やその課題に鑑みて検討を重ねた結果、新規化合物を含む所定の環状尿素結合を持つテトラアミノナフタレン誘導体が、有機半導体用途に有用であること、また、前記誘導体を効率的に製造することができる方法を見出した。 As a result of repeated studies in view of the above-described conventional technology and its problems, the present inventors have found that a tetraaminonaphthalene derivative having a predetermined cyclic urea bond containing a novel compound is useful for organic semiconductor applications, Moreover, the method which can manufacture the said derivative | guide_body efficiently was discovered.
すなわち、本発明は、塗布型有機半導体材料として用いることができる新規な化合物として、ナフタレン又はペリレンを骨格とする環状尿素結合を持つテトラアミン誘導体及びその合成方法を提供すること、並びに、前記テトラアミン誘導体を用いた有機エレクトロニクスデバイスを提供することを目的とするものである。 That is, the present invention provides a tetraamine derivative having a cyclic urea bond having naphthalene or perylene as a skeleton as a novel compound that can be used as a coating type organic semiconductor material, and a method for synthesizing the tetraamine derivative. An object of the present invention is to provide a used organic electronic device.
本発明に係るテトラアミン誘導体は、下記一般式(1)で表されるナフタレン又はペリレンを骨格とする環状尿素結合を持つものである。 The tetraamine derivative according to the present invention has a cyclic urea bond having a skeleton of naphthalene or perylene represented by the following general formula (1).
前記式(1)において、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、少なくとも1つのフッ素原子を含むアルキル基、アリール基、ヘテロ環基又は下記(化2)に示すいずれかの基であり、いずれも、同一であっても異なっていてもよい。ただし、n=0のときは、R1及びR2のいずれもがメチル基の場合を除く。 In the formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group, an alkyl group containing at least one fluorine atom, an aryl group, a heterocyclic group, or the following Any of the groups shown in (Chemical Formula 2) may be the same or different. However, when n = 0, the case where both R 1 and R 2 are methyl groups is excluded.
前記(化2)において、Rは、直鎖状又は分枝状のアルキル基である。 In the above (Chemical Formula 2), R is a linear or branched alkyl group.
上記のようなテトラアミン誘導体は、有機半導体用途において有用な新規化合物である。 The tetraamine derivatives as described above are novel compounds useful in organic semiconductor applications.
前記テトラアミン誘導体は、R1がメチル基、R2が炭素数2以上のアルキル基、又は、R1及びR2がいずれも炭素数2以上のアルキル基もしくはいずれも水素原子であることが好ましい。
特に、このような置換基を有するテトラアミン誘導体は、塗布型有機半導体材料として好適に用いることができる。
In the tetraamine derivative, R 1 is preferably a methyl group, R 2 is an alkyl group having 2 or more carbon atoms, R 1 and R 2 are both alkyl groups having 2 or more carbon atoms, or both are hydrogen atoms.
In particular, a tetraamine derivative having such a substituent can be suitably used as a coating type organic semiconductor material.
前記テトラアミン誘導体は、塗布型有機半導体材料として用いる場合、水又は有機溶媒に可溶であることが好ましい。 The tetraamine derivative is preferably soluble in water or an organic solvent when used as a coating type organic semiconductor material.
また、本発明に係るテトラアミン誘導体の合成方法は、下記一般式(1)で表されるナフタレン又はペリレンを骨格とする環状尿素結合を持つテトラアミン誘導体の合成方法において、尿素を反応試薬として用いることにより環状尿素結合を形成することを特徴とする。 In addition, the method for synthesizing a tetraamine derivative according to the present invention uses urea as a reaction reagent in the method for synthesizing a tetraamine derivative having a cyclic urea bond having a skeleton of naphthalene or perylene represented by the following general formula (1). It is characterized by forming a cyclic urea bond.
前記式(1)において、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、少なくとも1つのフッ素原子を含むアルキル基、アリール基、ヘテロ環基又は下記(化4)に示すいずれかの基であり、いずれも、同一であっても異なっていてもよい。 In the formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group, an alkyl group containing at least one fluorine atom, an aryl group, a heterocyclic group, or the following Any of the groups shown in (Chemical Formula 4) may be the same or different.
前記式において、Rは、直鎖状又は分枝状のアルキル基である。 In the above formula, R is a linear or branched alkyl group.
このような合成方法によれば、高温での熱分解を経ることなく、テトラアミン誘導体の収率の向上を図ることができる。 According to such a synthesis method, the yield of the tetraamine derivative can be improved without undergoing thermal decomposition at high temperature.
また、本発明に係る有機半導体インクは、前記(化3)に示す一般式(1)で表されるナフタレン又はペリレンを骨格とする環状尿素結合を持つテトラアミン誘導体を含むことを特徴とする。
このような有機半導体インクによれば、前記テトラアミン誘導体を含む半導体材料の塗布製膜が可能である。
The organic semiconductor ink according to the present invention includes a tetraamine derivative having a cyclic urea bond having a skeleton of naphthalene or perylene represented by the general formula (1) shown in the above (Chemical Formula 3).
According to such an organic semiconductor ink, it is possible to coat and form a semiconductor material containing the tetraamine derivative.
また、本発明に係る有機エレクトロニクスデバイスは、前記(化3)に示す一般式(1)で表されるナフタレン又はペリレンを骨格とする環状尿素結合を持つテトラアミン誘導体を含む有機層を備えていることを特徴とする。
前記テトラアミン誘導体は、有機エレクトロニクスデバイスを構成する有機層における有機半導体材料として好適に適用することができる。
Moreover, the organic electronic device according to the present invention includes an organic layer containing a tetraamine derivative having a cyclic urea bond having a skeleton of naphthalene or perylene represented by the general formula (1) shown in the above (Chemical Formula 3). It is characterized by.
The tetraamine derivative can be suitably applied as an organic semiconductor material in an organic layer constituting an organic electronic device.
前記有機エレクトロニクスデバイスとしては、具体的には、基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、有機半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極とを備え、前記有機半導体層が、前記テトラアミン誘導体を含む有機層であることを特徴とする有機TFT;基板上に、陽極と、発光層と、正孔輸送層及び/又は電子輸送層と、陰極とを備え、前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層が、前記テトラアミン誘導体を含む有機層であることを特徴とする有機EL素子;基板上に、電極と、正孔輸送材料及び電子輸送材料を含む光電変換層とを備え、前記光電変換層が、前記テトラアミン誘導体を含む有機層である有機薄膜太陽電池;基板上に、電極と、正孔輸送層及び/又は電子輸送層と、光電変換層とを備え、前記正孔輸送層及び/又は電子輸送層が、前記テトラアミン誘導体を含む有機層であることを特徴とする有機薄膜太陽電池が挙げられる。 Specifically, the organic electronic device includes a gate electrode, a gate insulating layer, an organic semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate, and the organic semiconductor layer includes the tetraamine derivative. An organic TFT comprising an organic layer comprising: an anode, a light emitting layer, a hole transport layer and / or an electron transport layer, and a cathode on a substrate, the hole transport layer and / or the electron An organic EL device characterized in that the transport layer is an organic layer containing the tetraamine derivative; the photoelectric conversion layer comprising an electrode and a photoelectric conversion layer containing a hole transport material and an electron transport material on a substrate; An organic thin-film solar cell, which is an organic layer containing the tetraamine derivative, comprising an electrode, a hole transport layer and / or an electron transport layer, and a photoelectric conversion layer on a substrate, and the hole transport layer and / or Electronic Feeding layer, and an organic thin film solar cell, characterized in that an organic layer including the tetraamine derivatives.
本発明によれば、ナフタレン又はペリレンを骨格とする環状尿素結合を持つ新規のテトラアミン誘導体が提供される。また、本発明に係る合成方法によれば、前記テトラアミン誘導体を効率的に得ることができ、収率の向上も図られる。
さらに、本発明に係るテトラアミン誘導体は、有機半導体インクを構成することができ、塗布製膜が可能であり、また、優れた電荷移動度を示すことから、有機TFTや有機EL素子、有機薄膜太陽電池等に好適に適用することができ、さらに、照明、表示デバイス、ディスプレイ等の種々の有機エレクトロニクスデバイスに応用することができる。
According to the present invention, a novel tetraamine derivative having a cyclic urea bond having naphthalene or perylene as a skeleton is provided. In addition, according to the synthesis method of the present invention, the tetraamine derivative can be obtained efficiently, and the yield can be improved.
Furthermore, the tetraamine derivative according to the present invention can constitute an organic semiconductor ink, can be formed into a coating film, and exhibits excellent charge mobility. Therefore, an organic TFT, an organic EL element, an organic thin film solar The present invention can be suitably applied to batteries and the like, and can also be applied to various organic electronic devices such as lighting, display devices, and displays.
以下、本発明について、より詳細に説明する。
本発明に係るテトラアミン誘導体は、ナフタレン又はペリレンを骨格とする環状尿素結合を持つものであり、上記一般式(1)で示される新規な化合物である。
このような化合物は、2つのカルボニル基がテトラアミン構造の安定化をもたらし、熱・化学的に安定な化合物として単離可能であり、かつ、強いドナー性を有するため、優れた有機半導体である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The tetraamine derivative according to the present invention has a cyclic urea bond having naphthalene or perylene as a skeleton, and is a novel compound represented by the above general formula (1).
Such a compound is an excellent organic semiconductor because two carbonyl groups bring about stabilization of the tetraamine structure, can be isolated as a thermally and chemically stable compound, and has a strong donor property.
前記式(1)において、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、直鎖状もしくは分枝状のアルキル基、少なくとも1つのフッ素原子を含むアルキル基、アリール基、ヘテロ環基又は上記(化2)に示すいずれかの基である。
2つのR1及び2つのR2はいずれも、同一であっても異なっていてもよいが、通常は、同一であることが好ましい。
ただし、新規のテトラアミン誘導体は、n=0のとき、R1及びR2のいずれもがメチル基であるものを除く。
In the formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group, an alkyl group containing at least one fluorine atom, an aryl group, a heterocyclic group, or the above One of the groups shown in (Chemical Formula 2).
The two R 1 and the two R 2 may be the same or different, but are usually preferably the same.
However, the novel tetraamine derivatives exclude those in which both of R 1 and R 2 are methyl groups when n = 0.
前記アルキル基又は少なくとも1つのフッ素原子を含むアルキル基は、炭素数が1〜30であることが好ましく、1〜20であることがより好ましい。これらのアルキル基は、直鎖状であっても、分枝状であってもよい。
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基等が挙げられる。
また、少なくとも1つのフッ素原子で置換されたアルキル基としては、例えば、トリフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、モノフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、テトラフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、ジフルオロエチル基、モノフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ヘキサフルオロプロピル基、ペンタフルオロプロピル基、テトラフルオロプロピル基、トリフルオロプロピル基、ジフルオロプロピル基、モノフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基、オクタフルオロブチル基、ヘプタフルオロブチル基、ヘキサフルオロブチル基、ペンタフルオロブチル基、テトラフルオロブチル基、トリフルオロブチル基、ジフルオロブチル基、モノフルオロブチル基、ウンデカフルオロペンチル基、デカフルオロペンチル基、ノナフルオロペンチル基、オクタフルオロペンチル基、ヘプタフルオロペンチル基、ヘキサフルオロペンチル基、ペンタフルオロペンチル基、テトラフルオロペンチル基、トリフルオロペンチル基、ジフルオロペンチル基、モノフルオロペンチル基等が挙げられる。
The alkyl group or the alkyl group containing at least one fluorine atom preferably has 1 to 30 carbon atoms, and more preferably 1 to 20 carbon atoms. These alkyl groups may be linear or branched.
Examples of the alkyl group include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, and dodecyl. Group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group and the like.
Examples of the alkyl group substituted with at least one fluorine atom include, for example, a trifluoromethyl group, a difluoromethyl group, a monofluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a tetrafluoroethyl group, a trifluoroethyl group, and a difluoroethyl group. , Monofluoroethyl group, heptafluoropropyl group, hexafluoropropyl group, pentafluoropropyl group, tetrafluoropropyl group, trifluoropropyl group, difluoropropyl group, monofluoropropyl group, nonafluorobutyl group, octafluorobutyl group, Heptafluorobutyl group, hexafluorobutyl group, pentafluorobutyl group, tetrafluorobutyl group, trifluorobutyl group, difluorobutyl group, monofluorobutyl group, undecafluoropentyl group, decafluoro Examples include pentyl group, nonafluoropentyl group, octafluoropentyl group, heptafluoropentyl group, hexafluoropentyl group, pentafluoropentyl group, tetrafluoropentyl group, trifluoropentyl group, difluoropentyl group, monofluoropentyl group and the like. .
前記テトラアミン誘導体は、通常、水、又は、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸メチル等のエステル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジメチルイミダゾリジン−2,4−ジオン等の尿素類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド類;スルホラン等のスルホン類;アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、ニトロベンゼン、アニリン、ベンゾニトリル等の芳香族炭化水素類;モノクロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン、ブロモベンゼン、1,2−ジブロモベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類;ピリジン、キノリン、チオフェン等の複素法構造炭化水素類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化脂肪族炭化水素類等の各種有機溶媒に溶解する。 The tetraamine derivative is usually water or alcohols such as methanol, ethanol, propanol and ethylene glycol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexanone; methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate and methyl benzoate. Esters such as N; N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, amides such as N-methylpyrrolidone; 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-dimethylimidazolidine-2, Ureas such as 4-dione; sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide; sulfones such as sulfolane; nitriles such as acetonitrile and propionitrile; diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and dioxane Ethers such as: benzene, toluene, xylene, mesitylene, tetralin, nitrobenzene, aniline, benzonitrile and other aromatic hydrocarbons; monochlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, bromobenzene, Halogenated aromatic hydrocarbons such as 1,2-dibromobenzene; Complex structure hydrocarbons such as pyridine, quinoline and thiophene; Aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane and cyclohexane; Dichloromethane, chloroform and the like Dissolves in various organic solvents such as halogenated aliphatic hydrocarbons.
中でも、前記一般式(1)のR1及びR2がいずれもアルキル基、特に、R1がメチル基、R2が炭素数2以上のアルキル基、又は、R1及びR2がいずれも炭素数2以上のアルキル基であるテトラアミン誘導体は、可溶性溶媒として、ハロゲン化芳香族炭化水素類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化脂肪族炭化水素類、脂肪族炭化水素類を好適に使用することができる。
また、前記一般式(1)のR1及びR2がいずれも水素原子であるテトラアミン誘導体は、可溶性溶媒として、水(塩基性)、スルホキシド類極性溶媒を好適に使用することができる。
このような置換基を有するテトラアミン誘導体は、塗布型有機半導体材料として好適に用いることができる。
なお、前記各種溶媒は、単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
Among them, R 1 and R 2 in the general formula (1) are both alkyl groups, especially R 1 is a methyl group, R 2 is an alkyl group having 2 or more carbon atoms, or R 1 and R 2 are both carbon. The tetraamine derivative which is an alkyl group having a number of 2 or more preferably uses a halogenated aromatic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, a halogenated aliphatic hydrocarbon, or an aliphatic hydrocarbon as a soluble solvent. it can.
Moreover, water (basic) and a sulfoxide polar solvent can be used suitably as a soluble solvent for the tetraamine derivative in which R 1 and R 2 in the general formula (1) are both hydrogen atoms.
A tetraamine derivative having such a substituent can be suitably used as a coating type organic semiconductor material.
In addition, the said various solvent may be used independently, and 2 or more types may be mixed and used for it.
また、前記テトラアミン誘導体(上記一般式(1)において、n=0のとき、R1及びR2のいずれもがメチル基であるものも含む。)は、以下に示す各合成スキームに従って合成することができる。この合成方法は、尿素を反応試薬として用いることにより環状尿素結合を形成する工程を経る方法である(例えば、Aust. J. Chem. 1982, 35, 775等参照)。
まず、ナフタレンを骨格とするテトラアミン誘導体の合成スキームを示す。
In addition, the tetraamine derivative (in the above general formula (1), when n = 0, both R 1 and R 2 are methyl groups) are synthesized according to the following synthesis schemes. Can do. This synthesis method is a method that undergoes a step of forming a cyclic urea bond by using urea as a reaction reagent (see, for example, Aust. J. Chem. 1982, 35, 775, etc.).
First, a synthesis scheme of a tetraamine derivative having naphthalene as a skeleton is shown.
このスキームによれば、前記スキームAよりも少ない工程で行うことができる。 According to this scheme, it can be performed with fewer steps than Scheme A.
次に、ペリレンを骨格とするテトラアミン誘導体の合成スキームを示す。 Next, a synthesis scheme of a tetraamine derivative having a perylene skeleton is shown.
上記式(化5)〜(化8)において、R1、R2は上記一般式(1)と同義であり、Xはハロゲン原子であり、臭素原子又はヨウ素原子であることが好ましい。また、塩基(base)は無機塩基であり、水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムが好ましい。 In the above formulas (Chemical formula 5) to (Chemical formula 8), R 1 and R 2 have the same meaning as in the general formula (1), X is a halogen atom, and preferably a bromine atom or an iodine atom. The base is an inorganic base, preferably potassium hydroxide or sodium hydroxide.
本発明に係るテトラアミン誘導体の合成方法においては、上記のスキームA〜Dのうちのいずれかの合成スキームにより合成を行うことが好ましい。
いずれの合成スキームも、上記非特許文献3に記載された合成法に比べて、少ない工程で、かつ、熱分解のための700℃という高温を要さずに、効率的であり、収率の向上も図られる。
In the method for synthesizing the tetraamine derivative according to the present invention, the synthesis is preferably performed according to any one of the above-described schemes AD.
All of the synthesis schemes are efficient and have a lower yield than the synthesis method described in Non-Patent Document 3 above, with fewer steps and without requiring a high temperature of 700 ° C. for thermal decomposition. Improvement is also achieved.
前記テトラアミン誘導体は、上記各スキームによる合成反応終了後、得られた反応液から、例えば、ろ過、濃縮、抽出、蒸留、昇華、再結晶、カラムクロマトグラフィー、ソックスレー抽出等の一般的な操作を経ることによって単離・精製することができる。 The tetraamine derivative is subjected to general operations such as filtration, concentration, extraction, distillation, sublimation, recrystallization, column chromatography, and Soxhlet extraction after completion of the synthesis reaction according to each of the above schemes. Can be isolated and purified.
また、前記テトラアミン誘導体は、上述したような溶媒に可溶であることから、得られた溶液を有機半導体インクとすることができる。
このような有機半導体インクによれば、これを塗布又は印刷等することによって、前記テトラアミン誘導体を含む半導体材料の層又は薄膜を形成することができる。
また、N−ターシャリブトキシカルボニル(N−Boc)等による置換基保護により熱変換型可溶化ユニットを構成することにより、前駆体構造経由で、上述したような各種溶媒を用いて製膜することもできる。
前記有機半導体インクは、前記テトラアミン誘導体のうちの少なくとも1種を含むものであり、さらに、他の有機半導体や絶縁性の高分子化合物等の化合物を含んでいてもよい。また、インクを構成するために使用される溶媒は、単独であっても、2種以上を混合したものであってもよい。さらに、インクの粘度の調整、親水性もしくは撥水性の制御等、インクの物性を制御するための添加剤を含んでいてもよい。
また、前記インク中のテトラアミン誘導体の含有量は、適宜設定することができ、通常、0.001〜10wt%程度であり、成膜性の観点から、0.01〜1wt%程度であることが好ましい。
Further, since the tetraamine derivative is soluble in the above-described solvent, the obtained solution can be used as an organic semiconductor ink.
According to such an organic semiconductor ink, a layer or thin film of a semiconductor material containing the tetraamine derivative can be formed by applying or printing the ink.
In addition, by forming a heat conversion solubilization unit by protecting a substituent with N-tertiarybutoxycarbonyl (N-Boc) or the like, a film is formed using various solvents as described above via the precursor structure. You can also.
The organic semiconductor ink includes at least one of the tetraamine derivatives, and may further include a compound such as another organic semiconductor or an insulating polymer compound. Moreover, the solvent used for constituting the ink may be a single solvent or a mixture of two or more solvents. Furthermore, an additive for controlling the physical properties of the ink, such as adjustment of the viscosity of the ink and control of hydrophilicity or water repellency, may be included.
Further, the content of the tetraamine derivative in the ink can be appropriately set, and is usually about 0.001 to 10 wt%, and from the viewpoint of film formability, about 0.01 to 1 wt%. preferable.
前記インクに含まれる前記テトラアミン誘導体以外の他の有機半導体としては、例えば、半導体性を示す高分子化合物があり、具体的には、ポリアセチレン系高分子、ポリジアセチレン系高分子、ポリパラフェニレン系高分子、ポリアニリン系高分子、ポリトリフェニルアミン系高分子、ポリチオフェン系高分子、ポリピロール系高分子、ポリパラフェニレンビニレン系高分子、ポリエチレンジオキシチオフェン系高分子、ナフタレンジイミドを一成分とする共重合高分子、ペリレンジイミドを1成分とする共重合高分子、ジケトピロロピロールを1成分とする共重合高分子、ベンゾビスチアジアゾールを1成分とする共重合高分子、チエノチオフェンを1成分とする共重合高分子、チアゾロチアゾールを1成分とする共重合高分子等が挙げられる。
また、前記他の有機半導体としては、例えば、半導体性を示す低分子化合物でもよく、具体的には、アセン誘導体、フェニレンビニレン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フルオレン誘導体、アザアセン誘導体、チエノアセン誘導体、チオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、チアゾール誘導体、チアゾロチアゾール誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ナフタレンジイミド誘導体、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、ナフトビスチアジアゾール誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、フラーレン誘導体等が挙げられる。
その他、例えば、Chem. Rev. 112, 2012, p.2208-2267に記載されているような有機半導体も用いることができる。
Examples of organic semiconductors other than the tetraamine derivative contained in the ink include high molecular compounds exhibiting semiconductivity, specifically, polyacetylene polymers, polydiacetylene polymers, polyparaphenylene polymers, and the like. Copolymerization of molecule, polyaniline polymer, polytriphenylamine polymer, polythiophene polymer, polypyrrole polymer, polyparaphenylene vinylene polymer, polyethylenedioxythiophene polymer, naphthalene diimide Polymer, Copolymer polymer containing perylene diimide as one component, Copolymer polymer containing diketopyrrolopyrrole as one component, Copolymer polymer containing benzobisthiadiazole as one component, Copolymer containing thienothiophene as one component Polymerized polymer, copolymer polymer containing thiazolothiazole as one component It is.
In addition, the other organic semiconductor may be, for example, a low molecular compound exhibiting semiconductivity, and specifically includes an acene derivative, a phenylene vinylene derivative, a triphenylamine derivative, a fluorene derivative, an azaacene derivative, a thienoacene derivative, a thiophene derivative. , Benzothiophene derivatives, thienothiophene derivatives, thiazole derivatives, thiazolothiazole derivatives, tetrathiafulvalene derivatives, phthalocyanine derivatives, porphyrin derivatives, naphthalene diimide derivatives, perylene diimide derivatives, benzothiadiazole derivatives, naphthobithiadiazole derivatives, diketopyrrolopyrrole derivatives And fullerene derivatives.
In addition, for example, organic semiconductors described in Chem. Rev. 112, 2012, p.2208-2267 can also be used.
また、前記インクに含まれる絶縁性の高分子化合物としては、合成樹脂、プラスチック、合成ゴム等があり、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエステル、フェノール樹脂、アクリル樹脂、アミド樹脂、ナイロン、ビニロン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、アクリルゴム、アクリロニトリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。
これらを添加することにより、前記テトラアミン誘導体を含む有機半導体層の結晶性の制御、インクの粘度の最適化、製膜性の向上等の効果が得られる。
The insulating polymer compound contained in the ink includes synthetic resin, plastic, synthetic rubber, and the like. Specifically, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyester, phenol resin, acrylic resin, Examples include amide resin, nylon, vinylon, polyisoprene, polybutadiene, acrylic rubber, acrylonitrile rubber, and urethane rubber.
By adding these, effects such as controlling the crystallinity of the organic semiconductor layer containing the tetraamine derivative, optimizing the viscosity of the ink, and improving the film forming property are obtained.
さらに、前記有機半導体インクは、必要に応じて、導電性の高分子化合物を含んでもよい。具体的には、ポリアセチレン系高分子、ポリジアセチレン系高分子、ポリパラフェニレン系高分子、ポリアニリン系高分子、ポリトリフェニルアミン系高分子、ポリチオフェン系高分子、ポリピロール系高分子、ポリパラフェニレンビニレン系高分子、ポリエチレンジオキシチオフェン系高分子、ポリエチレンジオキシチオフェン・ポリスチレンスルホン酸の混合物(PEDOT:PSS)等が挙げられる。
これらを添加することにより、前記テトラアミン誘導体を含む有機半導体層の結晶性の制御やインクの粘度の最適化、製膜性の向上に加えて、電荷移動性の向上等の効果が得られる。
Furthermore, the organic semiconductor ink may contain a conductive polymer compound as necessary. Specifically, polyacetylene polymer, polydiacetylene polymer, polyparaphenylene polymer, polyaniline polymer, polytriphenylamine polymer, polythiophene polymer, polypyrrole polymer, polyparaphenylene vinylene And a mixture of polyethylene dioxythiophene and polyethylene dioxythiophene / polystyrene sulfonic acid (PEDOT: PSS).
By adding these, in addition to controlling the crystallinity of the organic semiconductor layer containing the tetraamine derivative, optimizing the viscosity of the ink, and improving the film forming property, effects such as an improvement in charge mobility can be obtained.
前記有機半導体インクの塗布は、公知の方法、例えば、スピンコート法、ドロップキャスト法、キャスト法、ラングミュア−ブロジェット法等で行うことができる。また、印刷の技法として公知の方法を用いることも可能であり、例えば、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、グラビア法、フレキソ法、マイクロコンタクト法等で印刷することもできる。 The organic semiconductor ink can be applied by a known method such as spin coating, drop casting, casting, Langmuir-Blodgett, or the like. Also, a known method can be used as a printing technique. For example, printing can be performed by an inkjet method, a screen printing method, an offset printing method, a gravure method, a flexo method, a microcontact method, or the like.
上記のような方法で前記有機半導体インクを基板上に塗布又は印刷した後、溶媒成分を除去することにより、前記テトラアミン誘導体を含む層又は薄膜が得られるが、溶媒成分の除去条件は適宜選択することができる。
好ましくは、室温下で自然乾燥又は風乾するが、溶媒の沸点が高く除去しにくい場合は、室温付近での減圧処理又は50〜200℃程度での加熱処理、あるいはまた、これらの処理を併用して減圧下で加熱処理してもよい。
After the organic semiconductor ink is applied or printed on the substrate by the method as described above, the solvent component is removed to obtain a layer or thin film containing the tetraamine derivative. The removal condition of the solvent component is appropriately selected. be able to.
Preferably, it is air-dried or air-dried at room temperature, but when the solvent has a high boiling point and is difficult to remove, a vacuum treatment near room temperature or a heat treatment at about 50 to 200 ° C., or these treatments are used in combination. The heat treatment may be performed under reduced pressure.
さらに、前記テトラアミン誘導体を含む層又は薄膜は、半導体特性を向上させる目的で、加熱処理してもよい。加熱処理条件は、適宜設定することができ、例えば、50〜250℃程度で0.1〜24時間の加熱処理を行う。この処理は、上記の溶媒成分の除去処理と兼ねてもよい。 Further, the layer or thin film containing the tetraamine derivative may be heat-treated for the purpose of improving semiconductor characteristics. The heat treatment conditions can be appropriately set. For example, the heat treatment is performed at about 50 to 250 ° C. for 0.1 to 24 hours. This treatment may also serve as the solvent component removal treatment.
あるいはまた、同様の目的で、前記テトラアミン誘導体を含む層又は薄膜を溶媒蒸気に曝露する処理を施してもよい。この処理は、例えば、前記テトラアミン誘導体を含む層又は薄膜と溶媒とが、直接触れないようにしつつ、密閉性のある空間に静置することにより行うことができる。溶媒蒸気の量を増やすために、溶媒を40〜150℃程度に加温してもよい。この処理の後、上記の溶媒成分の除去処理以降の処理を適宜行ってもよい。
この処理に用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸メチル等のエステル類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類;1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジメチルイミダゾリジン−2,4−ジオン等の尿素類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド類;スルホラン等のスルホン類;アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、ニトロベンゼン、アニリン、ベンゾニトリル等の芳香族炭化水素類;モノクロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン、ブロモベンゼン、1,2−ジブロモベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類;ピリジン、キノリン、チオフェン等の複素法構造炭化水素類;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化脂肪族炭化水素類等の各種有機溶媒が挙げられる。これらの溶媒は、単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。
Alternatively, for the same purpose, the layer or thin film containing the tetraamine derivative may be exposed to solvent vapor. This treatment can be performed, for example, by allowing the layer or thin film containing the tetraamine derivative and the solvent to stand in an airtight space while preventing direct contact with the solvent. In order to increase the amount of the solvent vapor, the solvent may be heated to about 40 to 150 ° C. After this process, the process after the removal process of the solvent component may be appropriately performed.
Solvents used in this treatment include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and ethylene glycol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl benzoate, and the like Esters; Amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone; 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-dimethylimidazolidine-2,4- Ureas such as dione; Sulfoxides such as dimethyl sulfoxide and diethyl sulfoxide; Sulfones such as sulfolane; Nitriles such as acetonitrile and propionitrile; Acetates such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and dioxane Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, mesitylene, tetralin, nitrobenzene, aniline, benzonitrile; monochlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, bromobenzene, 1 Halogenated aromatic hydrocarbons such as 1,2-dibromobenzene; Complex structure hydrocarbons such as pyridine, quinoline and thiophene; Aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane and cyclohexane; Halogens such as dichloromethane and chloroform Examples include various organic solvents such as activated aliphatic hydrocarbons. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
本発明に係るテトラアミン誘導体は、化学的に安定であり、良好な半導体特性を有しているため、例えば、有機TFTや有機EL素子、有機薄膜太陽電池、その他、照明、表示デバイス、ディスプレイ等の有機エレクトロニクスデバイスに好適に適用することができる。さらに、バックライト、光通信、電子写真、照明光源、露光光源、読取光源、標識、看板、インテリア等の様々な用途での応用が期待される。
以下、これらの有機エレクトロニクスデバイスのうちのいくつかの具体例を示す。
Since the tetraamine derivative according to the present invention is chemically stable and has good semiconductor properties, for example, organic TFTs, organic EL elements, organic thin-film solar cells, other lighting, display devices, displays, etc. It can be suitably applied to organic electronic devices. Furthermore, it is expected to be applied in various applications such as backlight, optical communication, electrophotography, illumination light source, exposure light source, reading light source, sign, signboard, and interior.
Hereinafter, some specific examples of these organic electronic devices will be described.
(有機TFT)
図1に、有機TFTの一例の層構成を示す。図1に示す有機TFTは、ボトムゲート−トップコンタクト構造であり、基板11上に、ゲート電極12と、ゲート絶縁層13と、有機半導体層16と、ドレイン電極14及びソース電極15とをこの順にして積層してなるものである。そして、有機半導体層16を、本発明に係るテトラアミン誘導体を少なくとも1種含む有機層とする。なお、この有機層は、他の有機化合物を含んでいてもよい。
これにより、有機層における分子の配向方向を揃えやすく、高い正孔及び電子の移動度(電界効果移動度)特性を得ることができる。
なお、前記有機層以外は、公知の構造、材料を適用することができる。
(Organic TFT)
FIG. 1 shows an example of the layer structure of the organic TFT. The organic TFT shown in FIG. 1 has a bottom gate-top contact structure. A
Thereby, the orientation direction of molecules in the organic layer can be easily aligned, and high hole and electron mobility (field effect mobility) characteristics can be obtained.
In addition to the organic layer, known structures and materials can be applied.
有機半導体層16の膜厚は、必要な機能が損なわれない範囲で、薄いことが好ましい。通常、1nm〜10μm、好ましくは5nm〜5μm、より好ましくは10nm〜1μmである。
有機半導体層16は、例えば、真空蒸着法やスピンコート等の周知の製膜方法により形成することができる。特に、本発明に係るテトラアミン誘導体は有機溶媒に可溶であるため、塗布(印刷)法により有機半導体層16を形成することができる。
The film thickness of the
The
基板11には、例えば、ガラス、石英、シリコン又はセラミックス等の無機材料や、プラスチック材料を用いることができる。
ゲート電極12、ドレイン電極14及びソース電極15には、例えば、金、白金、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、銅、アルミニウム、銀、マグネシウム又はカルシウム等の金属、あるいはそれらの合金、又は、ポリシリコン、アモルファスシリコン、グラファイト、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化亜鉛、導電性ポリマー、有機金属等の材料を用いることができ、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、RFスパッタ法又は印刷法等の周知の製膜方法により形成することができる。
ゲート絶縁層13としては、例えば、SiO2、Si3N4、SiON、Al2O3、Ta2O5、アモルファスシリコン、ポリイミド樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、ポリパラキシリレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリフッ化炭素樹脂、ジビニルテトラメチルシロキサンベンゾシクロブテン樹脂等の材料を用いることができ、ゲート電極12と同様の周知の製膜方法により形成することができる。
For the substrate 11, for example, an inorganic material such as glass, quartz, silicon, or ceramics, or a plastic material can be used.
For the
The
(有機EL素子)
有機EL素子は、陽極と陰極の間に、発光層を含む少なくとも1層以上の有機化合物層を形成した素子である。典型的な素子構造としては、(陽極/正孔輸送層/発光層/陰極)、(陽極/発光層/電子輸送層/陰極)、(陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極)等がある。陽極と陰極との間に所定の直流電圧を印加すると、発光層から高輝度の発光が得られる。
(Organic EL device)
An organic EL element is an element in which at least one organic compound layer including a light emitting layer is formed between an anode and a cathode. Typical element structures include (anode / hole transport layer / light emitting layer / cathode), (anode / light emitting layer / electron transport layer / cathode), (anode / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / Cathode). When a predetermined DC voltage is applied between the anode and the cathode, light emission with high luminance can be obtained from the light emitting layer.
図2に、有機EL素子の一例の層構成を示す。図2に示す有機EL素子は、基板21上に、陽極22と、正孔輸送層23と、発光層24と、電子輸送層25と、陰極26とをこの順に積層してなるものである。そして、正孔輸送層23や電子輸送層25を、本発明に係るテトラアミン誘導体を少なくとも1種含む有機層とする。なお、この有機層は、他の有機化合物を含んでいてもよい。
正孔及び電子(電荷)輸送性に優れた本発明に係るテトラアミン誘導体をこのように正孔輸送層や電子輸送層に適用することにより、正孔及び電子を発光層中に効率よく注入することができ、発光効率を高めることができる。
FIG. 2 shows an example of the layer structure of the organic EL element. The organic EL element shown in FIG. 2 is formed by laminating an
By applying the tetraamine derivative according to the present invention having excellent hole and electron (charge) transportability to the hole transport layer and the electron transport layer in this way, holes and electrons can be efficiently injected into the light emitting layer. And the luminous efficiency can be increased.
正孔輸送層23及び電子輸送層25は、例えば、真空蒸着法やスピンコート等の周知の製膜方法により形成することができる。特に、本発明に係るテトラアミン誘導体は有機溶媒に可溶であるため、塗布(印刷)法により正孔輸送層23及び電子輸送層25を形成することできる。
The
なお、正孔輸送層23又は電子輸送層25に本発明に係るテトラアミン誘導体を用いない場合、正孔輸送層23としては、例えば、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)−ベンジジン(TPD)、N,N’−ビス(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ビス(フェニル)−2,2’−ジメチルベンジジン(α−NPD)、2,2−ビス(3−(N,N−ジ−p−トリアミノ)フェニル)ビフェニル(3DTAPBP)等の材料を用いることができる。また、電子輸送層25としては、例えば、2−(4−ビフェニル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサゾール(PBD)、1,3−ビス[2−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾ−5−イル]ベンゼン(OXD−7)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンジントリイル)−トリス(1−フェニル−1−H−ベンズイミダゾール(TPBi)等の材料を用いることができる。
In the case where the tetraamine derivative according to the present invention is not used for the
発光層24には、キノリノール錯体や芳香族アミン等のホスト材料に、クマリン誘導体やDCM、キナクリドン、ルブレン等の色素材料を添加(ドーピング)したものが用いられることが好ましいが、ホスト材料のみで形成してもよい。また、イリジウム金属錯体をドーピングしたものでもよい。さらに、遅延蛍光や室温りん光材料をドーピングしてもよい。発光層24は、正孔輸送層23及び電子輸送層25と同様の周知の製膜方法により形成することができる。
The
基板21には、例えば、ガラス、プラスチック等の透明材料を用いることができる。
陽極22には、通常、光を透過する材料が用いられる。具体的には、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウム又は酸化亜鉛合金が好ましい。金、白金、銀又はマグネシウム合金等の金属の薄膜を用いることもできる。ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール又はそれらの誘導体等の有機材料も用いることができる。
陰極26には、電子注入性の観点から、仕事関数の小さい、Li、K、Na等のアルカリ金属やMg、Ca等のアルカリ土類金属を用いることが好ましい。また、安定なAl等を用いることも好ましい。安定性と電子注入性を両立させるために2種以上の材料を含む層としてもよい。
陽極22及び陰極26は、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、RFスパッタ法又は塗布(印刷)法等の周知の製膜方法により形成することができる。
For the
A material that transmits light is usually used for the
The
The
なお、上記各層以外に、電子注入層、正孔注入層、電子ブロック層、正孔ブロック層、保護層等を設けてもよい。これらの層も、正孔輸送層23及び電子輸送層25と同様の周知の製膜方法により形成することができる。
In addition to the above layers, an electron injection layer, a hole injection layer, an electron block layer, a hole block layer, a protective layer, and the like may be provided. These layers can also be formed by a known film forming method similar to that for the
(有機薄膜太陽電池)
有機薄膜太陽電池は、陽極と陰極の間に、光電変換層を含む少なくとも1層以上の有機化合物層を形成した素子である。典型的な素子構造としては、(陽極/光電変換層/陰極)、(陽極/光電変換層/電子輸送層/陰極)、(陽極/正孔輸送層/光電変換層/電子輸送層/陰極)等がある。光が照射されると、光電変換層33において正孔と電子が発生し、陽極32と陰極34を接続すると電流を取り出すことができる。
(Organic thin film solar cell)
An organic thin film solar cell is an element in which at least one organic compound layer including a photoelectric conversion layer is formed between an anode and a cathode. Typical element structures include (anode / photoelectric conversion layer / cathode), (anode / photoelectric conversion layer / electron transport layer / cathode), (anode / hole transport layer / photoelectric conversion layer / electron transport layer / cathode). Etc. When light is irradiated, holes and electrons are generated in the
図3に、有機薄膜太陽電池の一例の層構成を示す。図3に示す有機薄膜太陽電池は、基板31上に、陽極32と、光電変換層33と、陰極34とをこの順に積層してなるものである。そして、光電変換層33を、本発明に係るテトラアミン誘導体を少なくとも1種含む有機層とする。なお、この有機層は、他の有機化合物を含んでいてもよい。
正孔及び電子(電荷)輸送性に優れた本発明に係るテトラアミン誘導体を正孔輸送材料及び電子輸送材料を含む光電変換層に適用することにより、正孔及び電子を光電変換層33中から効率的に取り出すことができ、光電変換効率を高めることができる。
なお、前記有機層以外は、公知の構造、材料を適用することができる。
In FIG. 3, the layer structure of an example of an organic thin film solar cell is shown. The organic thin film solar cell shown in FIG. 3 is formed by laminating an
By applying the tetraamine derivative according to the present invention having excellent hole and electron (charge) transportability to a photoelectric conversion layer containing a hole transport material and an electron transport material, holes and electrons can be efficiently removed from the
In addition to the organic layer, known structures and materials can be applied.
前記テトラアミン誘導体とともに光電変換層33を構成する材料は、例えば、正孔輸送材料としては、ポリ(3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル)(P3HT)、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン](MEH−PPV)等が挙げられる。また、電子輸送材料としては、フラーレンC60、(6,6)−フェニル−C61ブチル酸メチルエステル(C61−PCBM)、フラーレンC70、(6,6)−フェニル−C71ブチル酸メチルエステル(C71−PCBM)等が挙げられる。
Examples of the material constituting the
光電変換層33は、例えば、真空蒸着法やスピンコート等の周知の製膜方法により形成することができる。特に、本発明に係るテトラアミン誘導体は有機溶媒に可溶であるため、塗布(印刷)法により光電変換層33を形成することができる。
The
また、前記有機薄膜太陽電池には、さらに、正孔輸送層及び/又は電子輸送層を設けてもよい。この場合には、光電変換層、正孔輸送層及び電子輸送層のうちの少なくともいずれか1つを、本発明に係るテトラアミン誘導体を少なくとも1種含む有機層とする。なお、この有機層は、他の有機化合物を含んでいてもよい。
正孔及び電子(電荷)輸送性に優れた本発明に係るテトラアミン誘導体を、正孔輸送層に適用することにより正孔を陽極に、又は、電子輸送層に適用することにより電子を陰極に、それぞれ効率的に輸送することができ、光電変換効率を高めることができる。
The organic thin film solar cell may further be provided with a hole transport layer and / or an electron transport layer. In this case, at least one of the photoelectric conversion layer, the hole transport layer, and the electron transport layer is an organic layer containing at least one tetraamine derivative according to the present invention. In addition, this organic layer may contain other organic compounds.
By applying the tetraamine derivative according to the present invention excellent in hole and electron (charge) transportability to the hole transport layer, the hole is applied to the anode, or the electron is applied to the electron transport layer, to the cathode. Each can be efficiently transported and the photoelectric conversion efficiency can be increased.
なお、正孔輸送層又は電子輸送層に本発明に係るテトラアミン誘導体を用いない場合、正孔輸送層としては、例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT:PSS)等の材料を用いることができ、電子輸送層としては、例えば、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)等の材料を用いることができる。正孔輸送層及び電子輸送層は、光電変換層33と同様の周知の製膜方法により形成することができる。
When the tetraamine derivative according to the present invention is not used for the hole transport layer or the electron transport layer, examples of the hole transport layer include poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrene sulfonate) (PEDOT: A material such as PSS) can be used, and as the electron transport layer, for example, a material such as 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP) can be used. The hole transport layer and the electron transport layer can be formed by a known film forming method similar to that for the
基板31には、例えば、ガラス、プラスチック等の透明材料を用いることができる。
陽極32には、通常、光を透過する材料が用いられる。具体的には、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウム又は酸化亜鉛合金が好ましい。金、白金、銀又はマグネシウム合金等の金属の薄膜を用いることもできる。ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール又はそれらの誘導体等の有機材料も用いることができる。
陰極34には、電子取出し性の観点から、仕事関数の小さい、Li、K、Na等のアルカリ金属やMg、Ca等のアルカリ土類金属を用いることが好ましい。また、安定なAl等を用いることも好ましい。安定性と電子取出し性を両立させるために2種以上の材料を含む層としてもよい。
陽極32及び陰極34は、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、RFスパッタ法又は塗布(印刷)法等の周知の製膜方法により形成することができる。
For the
For the
For the
The
(表示デバイス)
さらに、前記有機TFTと有機EL素子とを組み合わせてなる表示デバイスについて説明する。図4に、表示デバイスの一例の層構成を示す。図4に示す表示デバイスは、基板101上、バリア層112を介して、陽極107、正孔輸送層108、発光層109、電子輸送層110及び陰極111から構成される有機EL素子120と、ゲート電極102、ゲート絶縁膜103、ドレイン電極104、ソース電極105及び有機半導体層106から構成される有機TFT素子121とを備えている。そして、これらの層構造の上方部分が保護膜113により被覆されている。
この表示デバイスは、有機EL素子120の陽極107と、有機TFT素子121のドレイン電極104とが電気的に接続された構造となっている。このため、ゲート電極102に電圧を印加することにより、ソース・ドレイン電極104,105間に電流が流れ、有機EL素子120が発光する。このように、有機TFT素子により有機EL素子の駆動及び点灯が制御される。
そして、有機TFT素子及び有機EL素子の少なくともいずれか一方、好ましくは両方を、上述したような本発明に係るテトラアミン誘導体を適用したものとする。
このようなスイッチング用の有機TFT素子と有機EL素子とを組み合わせた表示デバイス素子(画素)をマトリックス状に配置することにより、発光効率及び応答性に優れたアクティブマトリックス型の有機ELディスプレイを構成することができる。
なお、前記有機TFT素子及び有機EL素子は、上記のようにテトラアミン誘導体を適用する以外は、公知の構造、材料を適用することができ、また、公知の方法により作製することができる。
(Display device)
Further, a display device in which the organic TFT and the organic EL element are combined will be described. FIG. 4 shows an example of a layer structure of the display device. The display device shown in FIG. 4 includes an
This display device has a structure in which the
The tetraamine derivative according to the present invention as described above is applied to at least one of the organic TFT element and the organic EL element, preferably both.
By arranging display device elements (pixels) combining such organic TFT elements for switching and organic EL elements in a matrix, an active matrix type organic EL display excellent in luminous efficiency and responsiveness is configured. be able to.
The organic TFT element and the organic EL element can be applied with known structures and materials except that the tetraamine derivative is applied as described above, and can be manufactured by a known method.
また、前記表示デバイスは、有機EL素子の陽極でなく、陰極と、有機TFT素子のドレイン電極とが電気的に接続された構造としてもよい。また、1つの有機EL素子に対して有機TFT素子を2個設けた構造とすることもできる。 The display device may have a structure in which the cathode and the drain electrode of the organic TFT element are electrically connected instead of the anode of the organic EL element. Moreover, it can also be set as the structure which provided two organic TFT elements with respect to one organic EL element.
基板101には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性及び低吸湿性に優れたプラスチック基板を使用することが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリイミド等が挙げられる。
この場合、基板の一方又は両方の面に、透湿防止層(ガスバリア層)を設けることが好ましい。前記透湿防止層は、窒化ケイ素や酸化ケイ素等の無機物により構成されることが好ましく、RFスパッタ法等の周知の製膜方法により形成することができる。
さらに、必要に応じて、ハードコート層やアンダーコート層を設けてもよい。
As the
In this case, it is preferable to provide a moisture permeation preventing layer (gas barrier layer) on one or both surfaces of the substrate. The moisture permeation preventive layer is preferably composed of an inorganic material such as silicon nitride or silicon oxide, and can be formed by a known film forming method such as an RF sputtering method.
Furthermore, you may provide a hard-coat layer and an undercoat layer as needed.
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
[実施例1]テトラアミン誘導体の合成
上記スキームAに従って、化合物(C1)(1,3,6,8−テトラメチル−6,8−ジヒドロピリミド[4,5,6−gh]ペリミジン−2,7(1H,3H)−ジオン)を合成した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
Example 1 Synthesis of Tetraamine Derivative According to Scheme A above, compound (C1) (1,3,6,8-tetramethyl-6,8-dihydropyrimido [4,5,6-gh] perimidine-2, 7 (1H, 3H) -dione) was synthesized.
(1−1)化合物(C1a)の合成 (1-1) Synthesis of compound (C1a)
1,8−ジアミノナフタレン6.01g(38.0mmol)を乳鉢と乳棒を用いて微粉末状にし、容量100mLのガラス製容器に入れた。そして、10M塩酸9.50mLを加え、撹拌後、減圧下で水を除去し、乾燥させた。尿素2.31g(38.5mmol)を加え、130℃で6時間反応させた。
室温まで冷却後、反応固体を水及びエタノールで洗浄し、ろ過して、粗体8.50gを得た。粗体を昇華精製し、薄赤色固体として化合物(C1a)4.19gを得た。
1,8-Diaminonaphthalene (6.01 g, 38.0 mmol) was finely powdered using a mortar and pestle and placed in a 100 mL glass container. Then, 9.50 mL of 10M hydrochloric acid was added, and after stirring, water was removed under reduced pressure and dried. 2.31 g (38.5 mmol) of urea was added and reacted at 130 ° C. for 6 hours.
After cooling to room temperature, the reaction solid was washed with water and ethanol and filtered to obtain 8.50 g of a crude product. The crude product was purified by sublimation to obtain 4.19 g of compound (C1a) as a pale red solid.
化合物(C1a)の物性値は、以下のとおりであった。なお、以下、特に断りがない場合、測定は室温で行った。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,DMSO−d6)=10.09(s,2H);7.20(dd,2H);7.09(d,2H);6.51(d,2H).
13C−NMR:δ/ppm(125MHz,DMSO−d6)=150.1;137.6;134.1;128.0;117.6;113.6;104.0.
The physical property values of the compound (C1a) were as follows. Hereinafter, the measurement was performed at room temperature unless otherwise specified.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, DMSO-d 6 ) = 10.09 (s, 2H); 7.20 (dd, 2H); 7.09 (d, 2H); 6.51 (d, 2H).
13 C-NMR: δ / ppm (125 MHz, DMSO-d 6 ) = 150.1; 137.6; 134.1; 128.0; 117.6; 113.6; 104.0.
(1−2)化合物(C1b)の合成 (1-2) Synthesis of compound (C1b)
撹拌装置を備えた100mLのガラス製反応容器に、化合物(C1a)2.14g(11.6mmol)及びジメチルスルホキシド85mLを入れ、完全に溶解するまで10分間撹拌した。室温で水酸化カリウム1.97g(35.1mmol)の水溶液70mLを加え、15分間撹拌した。続いて、ヨードメタン13.6g(95.6mmol)を滴下し、室温で12時間撹拌した。
塩酸を用いて反応溶液を中和し、酢酸エチルで抽出後、硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた粗体をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、淡黄色固体として化合物(C1b)1.94gを得た。
A 100 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer was charged with 2.14 g (11.6 mmol) of compound (C1a) and 85 mL of dimethyl sulfoxide, and stirred for 10 minutes until completely dissolved. At room temperature, 70 mL of an aqueous solution of 1.97 g (35.1 mmol) of potassium hydroxide was added and stirred for 15 minutes. Subsequently, 13.6 g (95.6 mmol) of iodomethane was added dropwise and stirred at room temperature for 12 hours.
The reaction solution was neutralized with hydrochloric acid, extracted with ethyl acetate, dried over sodium sulfate, and the solvent was evaporated. The obtained crude product was purified by silica gel chromatography to obtain 1.94 g of compound (C1b) as a pale yellow solid.
化合物(C1b)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=7.37(dd,2H);7.29(d,2H);6.57(d,2H);3.44(s,6H).
13C−NMR:δ/ppm(125MHz,CDCl3)=151.0;137.8;134.3;127.8;119.2;114.8;104.0;30.7.
The physical property values of the compound (C1b) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 7.37 (dd, 2H); 7.29 (d, 2H); 6.57 (d, 2H); 3.44 (s, 6H) .
13 C-NMR: δ / ppm (125 MHz, CDCl 3 ) = 151.0; 137.8; 134.3; 127.8; 119.2; 114.8; 104.0;
(1−3)化合物(C1c)の合成 (1-3) Synthesis of compound (C1c)
撹拌装置を備えた300mLのガラス製反応容器に、化合物(C1b)2.03g(9.56mmol)及び氷酢酸200mLを入れ、30℃以下に保ちながら、濃硝酸(70%)1.5mLと氷酢酸50mLを合わせて10分間にわたって滴下し、1時間還流した。
室温まで冷却し、得られた反応固体をろ過し、酢酸で洗浄後、乾燥して、粗体1.50gを得た。粗体をクロロホルムから再結晶し、黄色固体として化合物(C1c)1.47gを得た。
In a 300 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer, 2.03 g (9.56 mmol) of compound (C1b) and 200 mL of glacial acetic acid were added, and 1.5 mL of concentrated nitric acid (70%) and ice were kept at 30 ° C. or lower. 50 mL of acetic acid was added dropwise over 10 minutes and refluxed for 1 hour.
After cooling to room temperature, the resulting reaction solid was filtered, washed with acetic acid and dried to give 1.50 g of a crude product. The crude product was recrystallized from chloroform to obtain 1.47 g of compound (C1c) as a yellow solid.
化合物(C1c)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=8.38(d,2H);6.89(d,2H);3.65(s,6H).
13C−NMR:δ/ppm(125MHz,CDCl3)=142.1;130.0;104.8;32.1.
The physical property values of the compound (C1c) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 8.38 (d, 2H); 6.89 (d, 2H); 3.65 (s, 6H).
13 C-NMR: δ / ppm (125 MHz, CDCl 3 ) = 142.1; 130.0; 104.8; 32.1.
(1−4)化合物(C1d)の合成 (1-4) Synthesis of compound (C1d)
撹拌装置を備えた100mLのガラス製反応容器に、化合物(C1c)0.44g(1.47mmol)、5%パラジウム炭素0.054g及びジメチルホルムアミド40mLを入れ、反応容器を水素ガスで置換し、室温で1晩撹拌した。
反応溶液を50℃に加温し、ろ過した。ろ液を室温で濃縮し、茶色固体として化合物(C1d)0.30gを得た。
A 100 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer was charged with 0.44 g (1.47 mmol) of compound (C1c), 0.054 g of 5% palladium carbon and 40 mL of dimethylformamide, the reaction vessel was replaced with hydrogen gas, And stirred overnight.
The reaction solution was warmed to 50 ° C. and filtered. The filtrate was concentrated at room temperature to obtain 0.30 g of compound (C1d) as a brown solid.
化合物(C1d)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,DMSO−d6)=6.58(d,2H);6.41(d,2H);5.15(s,4H);3.21(s,6H).
13C−NMR:δ/ppm(125MHz,DMSO−d6)=150.3;139.4;129.5;117.2;116.9;112.7;105.9;30.6.
The physical property values of the compound (C1d) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, DMSO-d 6 ) = 6.58 (d, 2H); 6.41 (d, 2H); 5.15 (s, 4H); 3.21 (s, 6H).
13 C-NMR: δ / ppm (125 MHz, DMSO-d 6 ) = 150.3; 139.4; 129.5; 117.2; 116.9; 112.7; 105.9;
(1−5)化合物(C1e)の合成 (1-5) Synthesis of Compound (C1e)
容量30mLのガラス製容器に、化合物(C1d)0.80g(3.31mmol)及び10M塩酸0.85mLを入れ、撹拌後、減圧下で水を除去し、乾燥させた。尿素0.40g(6.61mmol)を加え、130℃で6時間反応させた。
室温まで冷却後、反応固体を水及びエタノールで洗浄し、ろ過して、赤色固体として化合物(C1e)0.83gを得た。
In a glass container with a capacity of 30 mL, 0.80 g (3.31 mmol) of the compound (C1d) and 0.85 mL of 10M hydrochloric acid were added, and after stirring, water was removed under reduced pressure and dried. 0.40 g (6.61 mmol) of urea was added and reacted at 130 ° C. for 6 hours.
After cooling to room temperature, the reaction solid was washed with water and ethanol and filtered to obtain 0.83 g of compound (C1e) as a red solid.
化合物(C1e)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,DMSO−d6)=9.54(s,2H);6.37(d,2H);6.35(d,2H);3.16(s,6H).
The physical property values of the compound (C1e) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, DMSO-d 6 ) = 9.54 (s, 2H); 6.37 (d, 2H); 6.35 (d, 2H); 3.16 (s, 6H).
(1−6)化合物(C1)の合成 (1-6) Synthesis of compound (C1)
撹拌装置を備えた20mLのガラス製反応容器に、化合物(C1e)0.13g(0.50mmol)及びジメチルスルホキシド8mLを入れ、完全に溶解するまで10分間撹拌した。室温で、水酸化カリウム0.085g(1.50mmol)の水溶液3.5mLを加え、15分間撹拌した。続いて、ヨードメタン0.28g(2.00mmol)を滴下し、室温で4時間撹拌した。
塩酸を用いて反応溶液を中和し、酢酸エチルで抽出後、硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた粗体を昇華により精製し、黄色固体として化合物(C1)0.075gを得た。
A 20 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer was charged with 0.13 g (0.50 mmol) of compound (C1e) and 8 mL of dimethyl sulfoxide, and stirred for 10 minutes until completely dissolved. At room temperature, 3.5 mL of an aqueous solution of 0.085 g (1.50 mmol) of potassium hydroxide was added and stirred for 15 minutes. Subsequently, 0.28 g (2.00 mmol) of iodomethane was added dropwise and stirred at room temperature for 4 hours.
The reaction solution was neutralized with hydrochloric acid, extracted with ethyl acetate, dried over sodium sulfate, and the solvent was evaporated. The resulting crude product was purified by sublimation to obtain 0.075 g of compound (C1) as a yellow solid.
化合物(C1)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=6.42(s,4H);3.33(s,12H).
13C−NMR:δ/ppm(125MHz,CDCl3)=151.0;131.6;115.5;105.6;30.4.
化合物(C1)の結晶構造解析を行ったところ、π−πスタック型の好ましい結晶構造を示した。また、溶解性を評価したところ、0.5wt%の化合物(C1)がクロロホルムに60℃で完全に溶解した。
The physical property values of the compound (C1) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 6.42 (s, 4H); 3.33 (s, 12H).
13 C-NMR: δ / ppm (125 MHz, CDCl 3 ) = 151.0; 131.6; 115.5; 105.6; 30.4.
When the crystal structure analysis of the compound (C1) was conducted, a preferable crystal structure of a π-π stack type was shown. When the solubility was evaluated, 0.5 wt% of the compound (C1) was completely dissolved in chloroform at 60 ° C.
[比較例1]テトラアミン誘導体の合成
実施例1の(1−4)の工程で得られた化合物(C1d)を用いて、以下に示すような工程を経て、化合物(C1)を合成した(上記非特許文献3参照)。
Comparative Example 1 Synthesis of Tetraamine Derivative Compound (C1) was synthesized through the steps shown below using compound (C1d) obtained in the step (1-4) of Example 1 (above Non-Patent Document 3).
(RC1−1)化合物(RC1a)の合成 (RC1-1) Synthesis of Compound (RC1a)
容量50mLのガラス製容器に、化合物(C1d)0.80g(3.31mmol)、炭酸ジエチル4.41ml(30.0mmol)及びジメチルホルムアミド20mlを入れ、80℃で3時間反応させた。
室温まで冷却後、ジクロロメタンを加え、反応固体をろ過した。得られた粗体をジメチルホルムアミドから再結晶し、無色固体として化合物(RC1a)1.08gを得た。
In a glass container having a capacity of 50 mL, 0.80 g (3.31 mmol) of the compound (C1d), 4.41 ml (30.0 mmol) of diethyl carbonate and 20 ml of dimethylformamide were reacted at 80 ° C. for 3 hours.
After cooling to room temperature, dichloromethane was added and the reaction solid was filtered. The obtained crude product was recrystallized from dimethylformamide to obtain 1.08 g of compound (RC1a) as a colorless solid.
化合物(RC1a)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=8.73(s,2H);7.37(d,2H);6.75(d,2H);4.05(q,4H);3.36(s,6H);1.21(t,6H).
The physical property values of the compound (RC1a) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 8.73 (s, 2H); 7.37 (d, 2H); 6.75 (d, 2H); 4.05 (q, 4H) 3.36 (s, 6H); 1.21 (t, 6H).
(RC1−2)化合物(RC1b)の合成 (RC1-2) Synthesis of Compound (RC1b)
容量200mLのガラス製容器に、化合物(RC1a)1.08g(2.81mmol)、ヨードメタン10mL(0.16mol)、水0.5mL、酸化バリウム10g及びジメチルホルムアミド130mLを入れ、室温で12時間反応させた。
遠心分離により無機塩を除去後、固体をジクロロメタンで洗浄した。得られた溶液を合わせ、2M塩酸、水で洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた粗体をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、無色固体として化合物(RC1b)0.48gを得た。
In a glass container with a capacity of 200 mL, 1.08 g (2.81 mmol) of the compound (RC1a), 10 mL (0.16 mol) of iodomethane, 0.5 mL of water, 10 g of barium oxide and 130 mL of dimethylformamide are allowed to react at room temperature for 12 hours. It was.
After removing the inorganic salt by centrifugation, the solid was washed with dichloromethane. The obtained solutions were combined, washed with 2M hydrochloric acid and water, dried over sodium sulfate, and the solvent was distilled off. The resulting crude product was purified by silica gel chromatography to obtain 0.48 g of compound (RC1b) as a colorless solid.
化合物(RC1b)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=7.35−7.40(m,2H);6.82(d,2H);3.89−4.12(m,4H);3.39(s,6H);2.98−3.10(m,6H);0.95−1.30(m,6H).
The physical property values of the compound (RC1b) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 7.35-7.40 (m, 2H); 6.82 (d, 2H); 3.89-4.12 (m, 4H); 3.39 (s, 6H); 2.98-3.10 (m, 6H); 0.95-1.30 (m, 6H).
(RC1−3)化合物(C1)の合成 (RC1-3) Synthesis of Compound (C1)
ガラス管に、化合物(RC1b)0.48g(1.18mmol)を入れ、700℃で熱分解した。熱分解物をジクロロメタンに溶解し、シリカゲルクロマトグラフィーで精製し、黄色固体として化合物(C1)0.035gを得た。
総収率は、実施例1に比べて10分の1以下であった。
In a glass tube, 0.48 g (1.18 mmol) of the compound (RC1b) was put and pyrolyzed at 700 ° C. The pyrolyzate was dissolved in dichloromethane and purified by silica gel chromatography to obtain 0.035 g of compound (C1) as a yellow solid.
The total yield was 1/10 or less compared to Example 1.
[実施例2]テトラアミン誘導体の合成
上記スキームBに従って、化合物(C2)(6,8−ジヒドロピリミド[4,5,6−gh]ペリミジン−2,7(1H,3H)−ジオン)を合成した。
Example 2 Synthesis of Tetraamine Derivative According to Scheme B above, compound (C2) (6,8-dihydropyrimido [4,5,6-gh] perimidine-2,7 (1H, 3H) -dione) was synthesized. did.
(2−1)化合物(C2a)の合成 (2-1) Synthesis of compound (C2a)
撹拌装置を備えた200mLのガラス製反応容器に、濃硫酸50mL及び発煙硝酸(d=1.51)56mLを入れ、続いて、1,5−ジニトロナフタレン19.6g(90.0mmol)を加え、80℃で2時間半撹拌を行った。
室温まで冷却し、得られた反応固体をろ過した。熱エタノール200mLで洗浄後、アセトン75mLで2回洗浄し、乾燥して、無色固体として化合物(C2a)4.03gを得た。
A 200 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer is charged with 50 mL of concentrated sulfuric acid and 56 mL of fuming nitric acid (d = 1.51), followed by 19.6 g (90.0 mmol) of 1,5-dinitronaphthalene, Stirring was carried out at 80 ° C. for 2.5 hours.
The reaction solid obtained was cooled to room temperature and filtered. After washing with 200 mL of hot ethanol, it was washed twice with 75 mL of acetone and dried to obtain 4.03 g of compound (C2a) as a colorless solid.
化合物(C2a)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,DMSO−d6)=8.83(s,4H).
The physical property values of the compound (C2a) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, DMSO-d 6 ) = 8.83 (s, 4H).
(2−2)化合物(C2)の合成 (2-2) Synthesis of compound (C2)
撹拌装置を備えた200mLのガラス製反応容器に、塩化スズ二水和物20.4g(90.2mmol)及び濃塩酸90mLを加え、40℃に加熱した。続いて、化合物(C2a)1.86g(6.03mmol)及びエタノール40mLを滴下し、3時間撹拌した。
室温まで冷却し、得られた反応固体をろ過した。エタノールで洗浄後、乾燥し、化合物(C2a)の還元体1.80gを得た。
To a 200 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer, 20.4 g (90.2 mmol) of tin chloride dihydrate and 90 mL of concentrated hydrochloric acid were added and heated to 40 ° C. Subsequently, 1.86 g (6.03 mmol) of compound (C2a) and 40 mL of ethanol were added dropwise and stirred for 3 hours.
The reaction solid obtained was cooled to room temperature and filtered. After washing with ethanol and drying, 1.80 g of a reduced form of compound (C2a) was obtained.
次に、撹拌装置を備えた20mLのガラス製反応容器に、得られた固体1.80g及び尿素0.98g(16.2mmol)を入れ、130℃で6時間反応させた。
室温まで冷却後、反応固体を温水で洗浄し、ろ過して、粗体0.97gを得た。ソックスレー抽出器を用いて、粗体を温水で洗浄し、濃赤色固体として化合物(C2)0.89gを得た。
Next, 1.80 g of the obtained solid and 0.98 g (16.2 mmol) of urea were placed in a 20 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer, and reacted at 130 ° C. for 6 hours.
After cooling to room temperature, the reaction solid was washed with warm water and filtered to obtain 0.97 g of a crude product. The crude product was washed with warm water using a Soxhlet extractor to obtain 0.89 g of compound (C2) as a dark red solid.
化合物(C2)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,DMSO−d6)=9.39(s,4H);6.15(s,4H).
The physical property values of the compound (C2) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, DMSO-d 6 ) = 9.39 (s, 4H); 6.15 (s, 4H).
[実施例3]テトラアミン誘導体の合成
上記スキームBに従って、化合物(C1)(1,3,6,8−テトラメチル−6,8−ジヒドロピリミド[4,5,6−gh]ペリミジン−2,7(1H,3H)−ジオン)を合成した。
Example 3 Synthesis of Tetraamine Derivative According to Scheme B above, compound (C1) (1,3,6,8-tetramethyl-6,8-dihydropyrimido [4,5,6-gh] perimidine-2, 7 (1H, 3H) -dione) was synthesized.
撹拌装置を備えた50mLのガラス製反応容器に、ヘキサンで洗浄し乾燥した水素化ナトリウム0.048g(2.00mmol)及びジメチルホルムアミド30mlを入れ、撹拌した。室温で、化合物(C2)0.13g(0.53mmol)を加え、10分間撹拌した。続いて、ヨードメタン0.76ml(8.00mmol)を滴下し、室温で20時間撹拌した。
純水を加え、得られた粗体をろ過し、昇華により精製し、黄色固体として化合物(C1)0.035gを得た。
In a 50 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer, 0.048 g (2.00 mmol) of sodium hydride washed with hexane and dried and 30 ml of dimethylformamide were added and stirred. At room temperature, 0.13 g (0.53 mmol) of compound (C2) was added and stirred for 10 minutes. Subsequently, 0.76 ml (8.00 mmol) of iodomethane was added dropwise and stirred at room temperature for 20 hours.
Pure water was added, and the resulting crude product was filtered and purified by sublimation to obtain 0.035 g of compound (C1) as a yellow solid.
化合物(C1)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=6.42(s,4H);3.33(s,12H).
The physical property values of the compound (C1) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 6.42 (s, 4H); 3.33 (s, 12H).
[実施例4]
上記スキームAに従って、化合物(C4)(1,3,6,8−テトラヘキシル−6,8−ジヒドロピリミド[4,5,6−gh]ペリミジン−2,7(1H,3H)−ジオン)を合成した。
[Example 4]
According to Scheme A above, compound (C4) (1,3,6,8-tetrahexyl-6,8-dihydropyrimido [4,5,6-gh] perimidine-2,7 (1H, 3H) -dione) Was synthesized.
(4−1)化合物(C4a)の合成 (4-1) Synthesis of compound (C4a)
撹拌装置を備えた100mLのガラス製反応容器に、実施例1の(1−1)の工程で得られた化合物(C1a)1.12g(6.08mmol)及びジメチルスルホキシド35mLを加え、完全に溶解するまで10分間撹拌した。そして、室温で、水酸化カリウム1.38g(24.6mmol)の水溶液18mLを加え、15分間撹拌した。続いて、ブロモヘキサン3.40mL(24.2mmol)を滴下し、90℃で20時間撹拌した。
塩酸を用いて反応溶液を中和し、酢酸エチルで抽出後、硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた粗体をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、淡黄色固体として化合物(C4a)1.58gを得た。
To a 100 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer is added 1.12 g (6.08 mmol) of the compound (C1a) obtained in the step (1-1) of Example 1 and 35 mL of dimethyl sulfoxide, and completely dissolved. Stir for 10 minutes. Then, 18 mL of an aqueous solution of 1.38 g (24.6 mmol) of potassium hydroxide was added at room temperature and stirred for 15 minutes. Subsequently, 3.40 mL (24.2 mmol) of bromohexane was added dropwise and stirred at 90 ° C. for 20 hours.
The reaction solution was neutralized with hydrochloric acid, extracted with ethyl acetate, dried over sodium sulfate, and the solvent was evaporated. The resulting crude product was purified by silica gel chromatography to obtain 1.58 g of compound (C4a) as a pale yellow solid.
化合物(C4a)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=7.32(dd,2H);7.23(d,2H);6.55(d,2H);3.98(t,4H);1.73(m,4H);1.43(m,4H);1.35(m,8H);0.90(t,6H).
The physical property values of the compound (C4a) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 7.32 (dd, 2H); 7.23 (d, 2H); 6.55 (d, 2H); 3.98 (t, 4H) 1.73 (m, 4H); 1.43 (m, 4H); 1.35 (m, 8H); 0.90 (t, 6H).
(4−2)化合物(C4b)の合成 (4-2) Synthesis of compound (C4b)
撹拌装置を備えた100mLのガラス製反応容器に、化合物(C4a)1.07g(3.04mmol)及び氷酢酸50mLを加え、30℃以下に保ちながら、濃硝酸(70%)0.34mLと氷酢酸3mLを合わせて、10分間にわたって滴下し、1時間還流した。
室温まで冷却し、得られた反応固体をろ過し、酢酸で洗浄後、乾燥して、黄色固体として化合物(C4b)0.46gを得た。
To a 100 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer, 1.07 g (3.04 mmol) of compound (C4a) and 50 mL of glacial acetic acid are added, and 0.34 mL of concentrated nitric acid (70%) and ice are kept at 30 ° C. or lower. 3 mL of acetic acid was combined, added dropwise over 10 minutes, and refluxed for 1 hour.
After cooling to room temperature, the obtained reaction solid was filtered, washed with acetic acid and dried to obtain 0.46 g of compound (C4b) as a yellow solid.
化合物(C4b)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=8.35(d,2H);6.84(d,2H);4.14(t,4H);1.76(m,4H);1.46(m,4H);1.37(m,8H);0.91(t,6H).
The physical property values of the compound (C4b) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 8.35 (d, 2H); 6.84 (d, 2H); 4.14 (t, 4H); 1.76 (m, 4H) 1.46 (m, 4H); 1.37 (m, 8H); 0.91 (t, 6H).
(4−3)化合物(C4c)の合成 (4-3) Synthesis of compound (C4c)
撹拌装置を備えた200mLのガラス製反応容器に、化合物(C4b)0.79g(1.79mmol)、5%パラジウム炭素0.094g及びジメチルホルムアミド75mLを入れ、反応容器を水素ガスで置換し、室温で1晩撹拌した。
反応溶液をろ過後、ろ液を室温で濃縮した。得られた固体を酢酸エチルに溶解し、水で洗浄後、溶媒を留去し、茶色固体として化合物(C4c)0.65gを得た。
A 200 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer was charged with 0.79 g (1.79 mmol) of compound (C4b), 0.094 g of 5% palladium carbon and 75 mL of dimethylformamide, and the reaction vessel was replaced with hydrogen gas. And stirred overnight.
The reaction solution was filtered, and the filtrate was concentrated at room temperature. The obtained solid was dissolved in ethyl acetate and washed with water, and then the solvent was distilled off to obtain 0.65 g of compound (C4c) as a brown solid.
化合物(C4c)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=6.52(d,2H);6.33(d,2H);4.32(s,4H);3.87(t,4H);1.67(m,4H);1.40(m,4H);1.33(m,8H);0.89(t,6H).
The physical property values of the compound (C4c) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 6.52 (d, 2H); 6.33 (d, 2H); 4.32 (s, 4H); 3.87 (t, 4H) 1.67 (m, 4H); 1.40 (m, 4H); 1.33 (m, 8H); 0.89 (t, 6H).
(4−4)化合物(C4d)の合成 (4-4) Synthesis of compound (C4d)
容量30mLのガラス製容器に、化合物(C4c)0.36g(0.94mmol)及び10M塩酸0.5mLを入れ、撹拌後、減圧下で水を除去し、乾燥させた。尿素0.24g(4.00mmol)を加え、130℃で20時間反応させた。
室温まで冷却後、反応固体を水で洗浄した。クロロホルムに溶解後、ろ過して、溶媒を留去し、茶色固体として化合物(C4d)0.16gを得た。
In a glass container with a capacity of 30 mL, 0.36 g (0.94 mmol) of compound (C4c) and 0.5 mL of 10M hydrochloric acid were added, and after stirring, water was removed under reduced pressure and dried. 0.24 g (4.00 mmol) of urea was added and reacted at 130 ° C. for 20 hours.
After cooling to room temperature, the reaction solid was washed with water. After dissolving in chloroform, the mixture was filtered and the solvent was distilled off to obtain 0.16 g of compound (C4d) as a brown solid.
化合物(C4d)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,DMSO−d6)=9.45(s,2H);6.32(d,2H);6.26(d,2H);3.67(t,4H);1.47(m,4H);1.35−1.15(m,12H);0.80(t,6H).
The physical property values of the compound (C4d) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, DMSO-d 6 ) = 9.45 (s, 2H); 6.32 (d, 2H); 6.26 (d, 2H); 3.67 (t, 4H); 1.47 (m, 4H); 1.35-1.15 (m, 12H); 0.80 (t, 6H).
(4−5)化合物(C4)の合成 (4-5) Synthesis of compound (C4)
撹拌装置を備えた20mLのガラス製反応容器に、化合物(C4d)0.10g(0.25mmol)及びジメチルスルホキシド10mLを入れ、完全に溶解するまで10分間撹拌した。室温で、水酸化カリウム0.056g(1.00mmol)の水溶液5mLを加え、15分間撹拌した。続いて、1−ブロモヘキサン0.14ml(1.00mmol)を滴下し、90℃で1時間撹拌した。
純水を加えてろ過し、得られた固体を酢酸エチルに溶解し、水で洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去した。得られた粗体をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、黄色固体として化合物(C4)0.067gを得た。
In a 20 mL glass reaction vessel equipped with a stirrer, 0.10 g (0.25 mmol) of the compound (C4d) and 10 mL of dimethyl sulfoxide were added and stirred for 10 minutes until completely dissolved. At room temperature, 5 mL of an aqueous solution of 0.056 g (1.00 mmol) of potassium hydroxide was added and stirred for 15 minutes. Subsequently, 0.14 ml (1.00 mmol) of 1-bromohexane was added dropwise and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
Pure water was added and filtered, and the resulting solid was dissolved in ethyl acetate, washed with water and dried over sodium sulfate, and the solvent was distilled off. The resulting crude product was purified by silica gel chromatography to obtain 0.067 g of compound (C4) as a yellow solid.
化合物(C4)の物性値は、以下のとおりであった。
1H−NMR:δ/ppm(500MHz,CDCl3)=6.34(s,4H);3.83(t,8H);1.66(m,8H);1.39(m,8H);1.33(m,16H);0.89(t,12H).
13C−NMR:δ/ppm(125MHz,CDCl3)=150.7;130.6;116.9;105.5;43.3;31.7;26.7;25.9;22.7;14.1.
The physical property values of the compound (C4) were as follows.
1 H-NMR: δ / ppm (500 MHz, CDCl 3 ) = 6.34 (s, 4H); 3.83 (t, 8H); 1.66 (m, 8H); 1.39 (m, 8H) 1.33 (m, 16H); 0.89 (t, 12H).
13 C-NMR: δ / ppm (125 MHz, CDCl 3 ) = 150.7; 130.6; 116.9; 105.5; 43.3; 31.7; 26.7; 25.9; ; 14.1.
[実施例5]有機TFTの作製
実施例1で得られた化合物(C1)を用いて、スピンコート法により有機半導体層を形成して有機TFTを作製し、評価を行った。
Example 5 Production of Organic TFT Using the compound (C1) obtained in Example 1, an organic semiconductor layer was produced by spin coating to produce an organic TFT and evaluated.
(基板の作製)
表面に膜厚200nmの熱酸化シリコンが形成された市販の低抵抗シリコンウェハを用いた。これを有機TFTのゲート電極として機能させた。また、酸化シリコン膜をゲート絶縁膜として用いた。
前記シリコンウェハを、過酸化水素水と硫酸の混合液で洗浄し、次工程で使用する直前にUVオゾン処理により表面を清浄し、ベア基板とした。
(Production of substrate)
A commercially available low-resistance silicon wafer having a surface formed with 200 nm thick thermally oxidized silicon was used. This was made to function as the gate electrode of organic TFT. A silicon oxide film was used as the gate insulating film.
The silicon wafer was washed with a mixed solution of hydrogen peroxide and sulfuric acid, and the surface was cleaned by UV ozone treatment immediately before being used in the next step to obtain a bare substrate.
(基板の表面修飾)
前記ベア基板を市販のヘキサメチルジシラザンに浸漬して10時間以上静置し、基板表面を修飾し、HMDS処理基板とした。
(Substrate surface modification)
The bare substrate was immersed in commercially available hexamethyldisilazane and allowed to stand for 10 hours or more to modify the substrate surface to obtain an HMDS treated substrate.
(有機半導体層の形成)
化合物(C1)をクロロホルムに0.5wt%となるように加え、60℃で加熱して調製した溶液0.2mLをHMDS処理基板上に滴下し、窒素雰囲気下、2000rpmで1分間スピンコートを行い、膜厚約20nmの有機半導体層を形成した。そして、窒素雰囲気下、100℃で30分加熱した。
膜の外観を目視で観察したところ、均一な薄膜が形成されており、良好に製膜できることが認められた。
(Formation of organic semiconductor layer)
Compound (C1) is added to chloroform so that the concentration becomes 0.5 wt%, and 0.2 mL of a solution prepared by heating at 60 ° C. is dropped on the HMDS-treated substrate and spin-coated at 2000 rpm for 1 minute in a nitrogen atmosphere. An organic semiconductor layer having a thickness of about 20 nm was formed. And it heated at 100 degreeC for 30 minutes in nitrogen atmosphere.
When the appearance of the film was visually observed, it was confirmed that a uniform thin film was formed and the film could be formed satisfactorily.
(ソース・ドレイン電極の作製)
前記有機半導体層上に、金属マスクを用いて、金を真空蒸着法で製膜し、ソース・ドレイン電極を形成した。チャネル幅は1000μm、チャネル長は70μm、電極層膜厚は50nmとした。
(Production of source / drain electrodes)
On the organic semiconductor layer, using a metal mask, gold was deposited by a vacuum deposition method to form source / drain electrodes. The channel width was 1000 μm, the channel length was 70 μm, and the electrode layer thickness was 50 nm.
(有機TFTの評価)
作製した有機TFTについて、半導体特性評価システム4200−SCS型(KEITHLEY社)を用いて、ドレイン電圧100Vの条件で伝達特性を測定したところ、p型の半導体特性を示した。
図5に、得られた電気特性を示す。図5のグラフにおいて、横軸はゲート電圧(V)、縦軸はドレイン電流(A)を示している。
(Evaluation of organic TFT)
When the transfer characteristics of the fabricated organic TFT were measured under the condition of a drain voltage of 100 V using a semiconductor characteristic evaluation system 4200-SCS type (KEITHLEY), p-type semiconductor characteristics were shown.
FIG. 5 shows the obtained electrical characteristics. In the graph of FIG. 5, the horizontal axis indicates the gate voltage (V), and the vertical axis indicates the drain current (A).
また、上記の伝達特性の測定結果から求められた所定のゲート電圧時におけるしきい値電圧とドレイン電流の値から、下記式により、電界効果移動度μを算出したところ、10-4cm2/Vsであった。
Id=(W/2L)μCi(Vg−Vt)2
ここで、Idはドレイン電流、Wはチャネル幅、Lはチャネル長、Ciは絶縁層の単位面積あたりの容量、Vgはゲート電圧、Vtはしきい値電圧である。
Further, the field effect mobility μ was calculated from the threshold voltage and the drain current value at a predetermined gate voltage obtained from the measurement result of the transfer characteristics according to the following formula, and 10 −4 cm 2 / Vs.
Id = (W / 2L) μCi (Vg−Vt) 2
Here, Id is a drain current, W is a channel width, L is a channel length, Ci is a capacitance per unit area of the insulating layer, Vg is a gate voltage, and Vt is a threshold voltage.
上記の結果から、化合物(C1)は、溶液プロセス(塗布)適応性と良好な半導体特性を兼ね備えていると言える。 From the above results, it can be said that the compound (C1) has both solution process (application) adaptability and good semiconductor properties.
[比較例1]有機TFTの作製
化合物(C1)と同等のドナー性を有するテトラチアフルバレン(TTF)を用いて、実施例5と同様にして、HMDS処理基板上にスピンコート法により有機半導体層を形成して有機TFTを作製し、評価を行った。
[Comparative Example 1] Production of organic TFT Using tetrathiafulvalene (TTF) having a donor property equivalent to that of compound (C1), an organic semiconductor layer was spin-coated on a HMDS-treated substrate in the same manner as in Example 5. An organic TFT was fabricated and evaluated.
(有機半導体層の形成)
TTFをクロロホルムに0.5wt%となるように加えて調製した溶液0.2mLをHMDS処理基板上に滴下し、窒素雰囲気下、2000rpmで1分間スピンコートを行った。
膜の外観を目視で観察したところ、均一に製膜されていなかった。
(Formation of organic semiconductor layer)
0.2 mL of a solution prepared by adding TTF to chloroform to 0.5 wt% was dropped on the HMDS-treated substrate, and spin coating was performed at 2000 rpm for 1 minute in a nitrogen atmosphere.
When the appearance of the film was visually observed, it was not formed uniformly.
(有機TFTの評価)
作製した有機TFTを、ドレイン電圧100Vの条件で伝達特性を測定したところ、この有機TFTはトランジスタ特性を示さなかった。
(Evaluation of organic TFT)
When the transfer characteristics of the produced organic TFT were measured under the condition of a drain voltage of 100 V, the organic TFT did not show transistor characteristics.
11,21,31,101 基板
12,102 ゲート電極
13,103 ゲート絶縁膜
14,104 ドレイン電極
15,105 ソース電極
16,106 有機半導体層
22,32,107 陽極
23,108 正孔輸送層
24,109 発光層
33 光電変換層
25,110 電子輸送層
26,34,111 陰極
112 バリア層
113 保護層
120 有機EL素子
121 有機TFT
11, 21, 31, 101
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014027138A JP2015151372A (en) | 2014-02-17 | 2014-02-17 | Tetraamine derivative, method for producing the same, and organic electronic device using the same |
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JP2014027138A JP2015151372A (en) | 2014-02-17 | 2014-02-17 | Tetraamine derivative, method for producing the same, and organic electronic device using the same |
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JP2014027138A Pending JP2015151372A (en) | 2014-02-17 | 2014-02-17 | Tetraamine derivative, method for producing the same, and organic electronic device using the same |
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-
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