JP2015155381A - Fluorine-containing aromatic compounds and production methods thereof - Google Patents

Fluorine-containing aromatic compounds and production methods thereof Download PDF

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孝 山崎
重之 山田
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重之 山田
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Kyoko Yamamoto
今日子 山本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide organic semiconductor materials which are applicable to both a dry process and a wet process and have high carrier mobility.
SOLUTION: There are provided fluorine-containing aromatic compounds whose backbone is helicene type fused polycyclic systems, which is represented by general formula (A2). [Rf1 to Rf6 are each independently a C1-12 fluorine-containing alkyl group; X1 to X4 are each independently N or CH; R is a halogen atom, or a C1-12 alkyl group; n is an integer from 0 to 4; and m is an integer from 0 to 2.]
COPYRIGHT: (C)2015,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機半導体材料に応用可能な、新規含フッ素芳香族化合物及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a novel fluorine-containing aromatic compound applicable to organic semiconductor materials and a method for producing the same.

有機化合物を半導体材料とする有機半導体素子は、従来のシリコン等の無機半導体材料を用いた半導体素子と比べて、その加工性が容易であることから、低価格なデバイスの実現が期待されている。また、有機化合物の半導体材料は、構造的に柔軟であることから、プラスチック基板と組み合わせて用いることで、フレキシブルなディスプレイ等のデバイスを実現することが期待されている。   Organic semiconductor elements that use organic compounds as semiconductor materials are easier to process than semiconductor elements that use conventional inorganic semiconductor materials such as silicon. . Further, since organic compound semiconductor materials are structurally flexible, it is expected to realize devices such as flexible displays by using them in combination with a plastic substrate.

有機半導体の加工プロセスは、蒸着によるドライプロセスと、塗布やプリンタブル、インクジェットなど、有機溶媒を用いたウェットプロセスとが知られている。従来の有機半導体材料は有機溶媒に対して溶解性が低く、ウェットプロセスの適用が困難であったため、ドライプロセスが広く利用されてきた。一方、ウェットプロセスは、容易で安価であり、環境負荷が小さい製造プロセスとなる。   As a process for processing an organic semiconductor, a dry process by vapor deposition and a wet process using an organic solvent such as coating, printable, and inkjet are known. Conventional organic semiconductor materials have low solubility in organic solvents, and it has been difficult to apply wet processes, and thus dry processes have been widely used. On the other hand, the wet process is an easy and inexpensive manufacturing process with a low environmental load.

有機半導体材料にはキャリア移動度の向上が求められている。有機半導体材料のキャリア移動度の向上のための手段としては、未だ有効な手段は確立していないが、分子間相互作用を強くすることや、分子の配列を制御することが重要と考えられている。例えば、縮合多環系化合物であるアセン化合物は、平面構造により共役系が拡張され、πスタックによる強い分子間相互作用を持つとして、有機半導体材料としての利用が試みられている(非特許文献1)。   Organic semiconductor materials are required to have improved carrier mobility. Although effective means have not yet been established as means for improving the carrier mobility of organic semiconductor materials, it is considered important to strengthen the intermolecular interaction and control the molecular arrangement. Yes. For example, an acene compound that is a condensed polycyclic compound has been tried to be used as an organic semiconductor material because its conjugated system is expanded by a planar structure and has a strong intermolecular interaction due to a π stack (Non-patent Document 1). ).

縮合多環系化合物のうちアセン化合物は有機半導体材料として優れた機能が期待されている。たとえば、特許文献1には、ウェットプロセスによりアセン化合物を有機半導体材料として使用するために、アセン骨格にアルキル基等の基を導入することで、有機溶媒への溶解性を高める手法が開示されている。特許文献2には、重金属を用いたカップリング反応によるパーフルオロアルキル基を有するアセン化合物の製造方法が開示されている。   Of the condensed polycyclic compounds, acene compounds are expected to have excellent functions as organic semiconductor materials. For example, Patent Document 1 discloses a technique for increasing solubility in an organic solvent by introducing a group such as an alkyl group into an acene skeleton in order to use an acene compound as an organic semiconductor material by a wet process. Yes. Patent Document 2 discloses a method for producing an acene compound having a perfluoroalkyl group by a coupling reaction using a heavy metal.

他の縮合多環系化合物としては、たとえば、特許文献3には、コア骨格の一部にO、S、Se、又はTeを含み、さらにアルキル基などの置換基を導入した複素環式化合物が開示され、電子素子や光電子素子に利用できる旨の開示がある。   As another condensed polycyclic compound, for example, Patent Document 3 discloses a heterocyclic compound containing O, S, Se, or Te as a part of the core skeleton and further introduced with a substituent such as an alkyl group. There is disclosure that it can be used for electronic devices and optoelectronic devices.

特開2007−13097号公報JP 2007-13097 A 国際公開第2011/022678号International Publication No. 2011/022678 特表2012−512140号公報Special table 2012-512140 gazette

D.J.Gundlach,S.F.Nelson,T.N.Jachson et al.,Appl.Phys.Lett.,(2002),80,2925.D. J. et al. Gundlach, S.M. F. Nelson, T .; N. Jachson et al. , Appl. Phys. Lett. , (2002), 80, 2925.

しかし特許文献1及び2には、本発明の骨格を有するヘリセン型の縮合多環系化合物については、一切開示がない。
また、特許文献3に記載の複素環式化合物では、開示される骨格構造や、該骨格に導入される置換基の構造から、有機溶媒への溶解性が低く、ウェットプロセスには適用が困難と考えられる。
However, Patent Documents 1 and 2 do not disclose any helicene-type condensed polycyclic compounds having a skeleton of the present invention.
In addition, the heterocyclic compound described in Patent Document 3 has low solubility in an organic solvent due to the disclosed skeleton structure and the structure of a substituent introduced into the skeleton, and is difficult to apply to a wet process. Conceivable.

本発明は、ドライプロセス及びウェットプロセスのいずれにも適用可能であり、かつキャリア移動度が高い構造を有する縮合多環系化合物及びその製造方法と、当該化合物を含む有機半導体材料を提供することを目的とする。   The present invention is applicable to both a dry process and a wet process and provides a condensed polycyclic compound having a structure with high carrier mobility, a method for producing the same, and an organic semiconductor material containing the compound. Objective.

本発明者らは、低極性溶媒にも比較的可溶な特定構造の含フッ素芳香族化合物を新たに見出し、当該含フッ素芳香族化合物を含む有機半導体材料として本発明を完成するに至った。 The present inventors have newly found a fluorine-containing aromatic compound having a specific structure that is relatively soluble in a low-polarity solvent, and have completed the present invention as an organic semiconductor material containing the fluorine-containing aromatic compound.

すなわち、本発明は、以下に関するものである。
<1>
下式(A)で表される含フッ素芳香族化合物又は式(B)で表される含フッ素芳香族化合物。
That is, the present invention relates to the following.
<1>
A fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (A) or a fluorine-containing aromatic compound represented by the formula (B).

Figure 2015155381
Figure 2015155381

[上記式中、
f1〜Rf6は各々独立して、炭素数1〜12の含フッ素アルキル基である。
〜Xは各々独立して、窒素原子又はCHである。
Rはハロゲン原子、又は炭素数1〜12のアルキル基である。
nは0〜4の整数である。
mは0〜2の整数である。]
<2>
前記式(A)で表される含フッ素芳香族化合物が、下記式(A2)で表される含フッ素芳香族化合物である、上記<1>に記載の含フッ素芳香族化合物。
[In the above formula,
R f1 to R f6 are each independently a fluorine-containing alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
X 1 to X 4 are each independently a nitrogen atom or CH.
R is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
n is an integer of 0-4.
m is an integer of 0-2. ]
<2>
The fluorine-containing aromatic compound according to <1>, wherein the fluorine-containing aromatic compound represented by the formula (A) is a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (A2).

Figure 2015155381
Figure 2015155381

[上記式中、Rf1、R、nは前記と同じ意味を示す。]
<3>
前記式(B)で表される含フッ素芳香族化合物が、下記式(B2)で表される含フッ素芳香族化合物である、上記<1>に記載の含フッ素芳香族化合物。
[Wherein R f1 , R, and n have the same meaning as described above. ]
<3>
The fluorine-containing aromatic compound according to <1>, wherein the fluorine-containing aromatic compound represented by the formula (B) is a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (B2).

Figure 2015155381
Figure 2015155381

[上記式中、Rf3、X〜X、R及びmは前記と同じ意味を示す。]
<4>
下式で表される化合物。
[Wherein R f3 , X 1 to X 4 , R and m have the same meaning as described above. ]
<4>
A compound represented by the following formula:

Figure 2015155381
Figure 2015155381

<5>
上記<1>〜<4>のいずれか1項に記載の含フッ素芳香族化合物を含む有機半導体材料。
<6>
上記<5>に記載の有機半導体材料を含む有機半導体薄膜。
<7>
前記有機半導体薄膜が結晶性の薄膜である上記<6>に記載の有機半導体薄膜。
<8>
半導体層として、上記<7>に記載の有機半導体薄膜の層を含む有機半導体素子。
<9>
上記<8>に記載の有機半導体素子を含む有機半導体トランジスタ。
<10>

下式(A1)で表される化合物を式Rf1−Si(CHで表される化合物と反応させて下式(A1−1)で表される化合物を得て、該式(A1−1)で表される化合物を脱保護処理して下式(A1−2)で表される化合物を得て、該式(A1−2)で表される化合物を芳香族化及び酸化させる、下式(A2)で表される含フッ素芳香族化合物の製造方法。
<5>
The organic-semiconductor material containing the fluorine-containing aromatic compound of any one of said <1>-<4>.
<6>
The organic-semiconductor thin film containing the organic-semiconductor material as described in said <5>.
<7>
The organic semiconductor thin film according to <6>, wherein the organic semiconductor thin film is a crystalline thin film.
<8>
The organic-semiconductor element containing the layer of the organic-semiconductor thin film as described in said <7> as a semiconductor layer.
<9>
The organic-semiconductor transistor containing the organic-semiconductor element as described in said <8>.
<10>

A compound represented by the following formula (A1) is reacted with a compound represented by the formula R f1 —Si (CH 3 ) 3 to obtain a compound represented by the following formula (A1-1). -1) to obtain a compound represented by the following formula (A1-2) by deprotection treatment, and aromatize and oxidize the compound represented by the formula (A1-2). A method for producing a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (A2).

Figure 2015155381
Figure 2015155381

[上記式中、
f1は炭素数1〜12の含フッ素アルキル基である。
Rはハロゲン原子、又は炭素数1〜12のアルキル基である。
nは0〜4の整数である。]
<11>
下式(B1)で表される化合物を式Rf3−Si(CHで表される化合物と反応させて下式(B1−1)で表される化合物を得て、該式(B1−1)で表される化合物を脱保護処理して下式(B1−2)で表される化合物を得て、該式(B1−2)で表される化合物を芳香族化及び酸化させる、下式(B2)で表される含フッ素芳香族化合物の製造方法。
[In the above formula,
R f1 is a fluorine-containing alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
R is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
n is an integer of 0-4. ]
<11>
A compound represented by the following formula (B1) is reacted with a compound represented by the formula R f3 —Si (CH 3 ) 3 to obtain a compound represented by the following formula (B1-1). -1) to obtain a compound represented by the following formula (B1-2) by deprotection treatment, and aromatize and oxidize the compound represented by the formula (B1-2). A method for producing a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (B2).

Figure 2015155381
Figure 2015155381

[上記式中、
f3は、炭素数1〜12の含フッ素アルキル基である。
〜Xは各々独立して、窒素原子又はCHである。
Rはハロゲン原子、又は炭素数1〜12のアルキル基である。
mは0〜2の整数である。]
[In the above formula,
R f3 is a fluorine-containing alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
X 1 to X 4 are each independently a nitrogen atom or CH.
R is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
m is an integer of 0-2. ]

本発明における含フッ素芳香族化合物は有機半導体材料として有用な化合物である。該化合物は、コア骨格に窒素原子を有することでHOMOレベルが低くなり、耐酸化性が向上する。また、芳香族骨格を形成する炭素原子に含フッ素アルキル基を導入することにより化合物の有機溶媒への溶解性が高まり、ウェットプロセスを使った有機半導体薄膜の製造が可能になる。さらに、電子吸引性基である含フッ素アルキル基は、凝集力が強く、フルオロフィリック効果に基づき分子間相互作用を強め、有機半導体材料として高いキャリア移動度を発揮しうる。   The fluorine-containing aromatic compound in the present invention is a compound useful as an organic semiconductor material. Since the compound has a nitrogen atom in the core skeleton, the HOMO level is lowered and the oxidation resistance is improved. Further, by introducing a fluorine-containing alkyl group into a carbon atom forming an aromatic skeleton, the solubility of the compound in an organic solvent is increased, and an organic semiconductor thin film using a wet process can be manufactured. Furthermore, the fluorine-containing alkyl group that is an electron-withdrawing group has a strong cohesive force, enhances intermolecular interaction based on the fluorophyric effect, and can exhibit high carrier mobility as an organic semiconductor material.

すなわち、本発明における含フッ素芳香族化合物を含む有機半導体材料は、高性能な有機半導体薄膜を形成でき、有機半導体素子に適用することができる有用な化合物である。   That is, the organic semiconductor material containing the fluorine-containing aromatic compound in the present invention is a useful compound that can form a high-performance organic semiconductor thin film and can be applied to an organic semiconductor element.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。
本明細書においては、式(1)で表される化合物を「化合物(1)」とも記載する。他の式で表される化合物についても、同様に記載する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
In the present specification, the compound represented by the formula (1) is also referred to as “compound (1)”. The same applies to compounds represented by other formulas.

<含フッ素芳香族化合物>
本発明にかかる含フッ素芳香族化合物は、下式(A)で表される含フッ素芳香族化合物又は式(B)で表される含フッ素芳香族化合物である。
<Fluorine-containing aromatic compound>
The fluorine-containing aromatic compound according to the present invention is a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (A) or a fluorine-containing aromatic compound represented by the formula (B).

Figure 2015155381
Figure 2015155381

[上記式中、
f1〜Rf6は各々独立して、炭素数1〜12の含フッ素アルキル基である。
〜Xは各々独立して、窒素原子又はCHである。
Rはハロゲン原子、又は炭素数1〜12のアルキル基である。
nは0〜4の整数である。
mは0〜2の整数である。]
[In the above formula,
R f1 to R f6 are each independently a fluorine-containing alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
X 1 to X 4 are each independently a nitrogen atom or CH.
R is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
n is an integer of 0-4.
m is an integer of 0-2. ]

本発明にかかる含フッ素芳香族化合物は有機半導体材料として有用に用いる化合物である。有機半導体材料としては、本発明の含フッ素芳香族化合物のみからなる材料であってもよく、含フッ素芳香族化合物とともに、他の成分を含む材料であってもよい。他の成分は、後述する。   The fluorine-containing aromatic compound according to the present invention is a compound usefully used as an organic semiconductor material. As an organic semiconductor material, the material which consists only of the fluorine-containing aromatic compound of this invention may be sufficient, and the material which contains another component with the fluorine-containing aromatic compound may be sufficient. Other components will be described later.

式(A)又は式(B)で表されるような縮合多環系化合物は、縮合環の数が増えるにつれて、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用により、キャリア移動度の増加が見込まれる。その一方、強い分子間相互作用は有機溶媒への溶解性の低下も招く。
本発明においては、化合物(A)又は化合物(B)の短軸方向すなわち芳香族環の縮合方向と垂直の方向に、含フッ素アルキル基Rf1〜Rf6を有することにより、有機溶媒への溶解性を飛躍的に高めた。また、Rf1〜Rf6の置換位置が、上記の位置であることにより、Rf1〜Rf6同士の立体障害が起こりにくく、また、化合物の対称性が高まるため、縮合環同士の分子間相互作用に効果的である。さらに、同一のベンゼン環に結合する含フッ素アルキル基同士はパラ位の関係にあり、このことは、含フッ素芳香族化合物を有機半導体材料として用いた場合に基板に対する配向性の向上と、薄膜の結晶性の観点から好ましい。
In the condensed polycyclic compound represented by the formula (A) or the formula (B), the carrier mobility is expected to increase as the number of condensed rings increases due to strong intermolecular interaction due to π-π stacking. . On the other hand, strong intermolecular interactions also lead to a decrease in solubility in organic solvents.
In the present invention, by having fluorine-containing alkyl groups R f1 to R f6 in the minor axis direction of compound (A) or compound (B), that is, the direction perpendicular to the condensation direction of the aromatic ring, it is dissolved in an organic solvent. Increased sex dramatically. In addition, since the substitution positions of R f1 to R f6 are the above positions, steric hindrance between R f1 to R f6 hardly occurs, and the symmetry of the compound increases, so that the intermolecular bonds between the condensed rings are increased. It is effective for action. Furthermore, the fluorine-containing alkyl groups bonded to the same benzene ring are in a para-position, which means that when a fluorine-containing aromatic compound is used as an organic semiconductor material, the orientation with respect to the substrate is improved, and the thin film It is preferable from the viewpoint of crystallinity.

含フッ素アルキル基とは、アルキル基の水素原子の1個以上がフッ素原子に置換された基をいう。含フッ素アルキル基Rf1〜Rf6の炭素数は1〜12である。Rf1〜Rf6におけるアルキル鎖が長いほど、有機溶媒への溶解性は高くなる。また、縮合環の数が増えるにつれて、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用により、キャリア移動度の増加が見込まれる。一般的に、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用は有機溶媒への溶解性の低下を招くが、本発明において、直鎖状パーフルオロアルキル基の炭素数とπ−πスタッキングによるアセン材料の有機溶媒への溶解性を調査した結果、炭素数1〜12の含フッ素アルキル基を導入すると、π−πスタッキングによる強い分子間相互作用を損なうことなく、アセン系材料の有機溶媒への溶解性が飛躍的に向上することが明らかとなった。
f1〜Rf6の炭素数は、1〜6が好ましく、1〜3がより好ましい。
The fluorine-containing alkyl group refers to a group in which one or more hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms. The fluorine-containing alkyl groups R f1 to R f6 have 1 to 12 carbon atoms. The longer the alkyl chain in R f1 to R f6, the higher the solubility in organic solvents. Further, as the number of condensed rings increases, carrier mobility is expected to increase due to strong intermolecular interaction due to π-π stacking. In general, strong intermolecular interaction due to π-π stacking causes a decrease in solubility in an organic solvent. In the present invention, the number of carbon atoms in the linear perfluoroalkyl group and the acene material due to π-π stacking As a result of investigating the solubility in organic solvents, when a fluorine-containing alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is introduced, the solubility of acene-based materials in organic solvents can be achieved without impairing strong intermolecular interaction due to π-π stacking. It became clear that improved dramatically.
The number of carbon atoms of R f1 to R f6 is 1 to 6 preferably 1 to 3 is more preferable.

また、Rf1〜Rf6は直鎖状でも分岐状でもよいが、フッ素原子の相互作用による分子間相互作用の向上の点で、直鎖状であることが好ましい。 R f1 to R f6 may be linear or branched, but are preferably linear in terms of improving the intermolecular interaction due to the interaction of fluorine atoms.

含フッ素アルキル基のフッ素含有率(フッ素含有率とは、フッ素原子と水素原子の総数に対するフッ素原子の割合をいう。)は限定されないが、フッ素原子の相互作用による分子間相互作用の向上の点から、80%以上が好ましく、100%(すなわち、アルキル基の全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキル基)が好ましい。   The fluorine content of the fluorine-containing alkyl group (the fluorine content is the ratio of fluorine atoms to the total number of fluorine atoms and hydrogen atoms) is not limited, but the improvement of intermolecular interaction by the interaction of fluorine atoms Therefore, 80% or more is preferable, and 100% (that is, a perfluoroalkyl group in which all hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms) is preferable.

すなわち、Rf1〜Rf6としては、分子間相互作用と溶解性向上とのバランスの観点から、式−(CFF(ただし、lは1〜12の整数であり、1〜6の整数が好ましく、1〜3の整数が特に好ましい)で表される直鎖状のパーフルオロアルキル基が好ましく、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基が特に好ましい。 That is, as R f1 to R f6 , from the viewpoint of the balance between intermolecular interaction and improved solubility, the formula — (CF 2 ) l F (where l is an integer of 1 to 12, An integer of 1 to 3 is particularly preferable, and a linear perfluoroalkyl group represented by formula (1) is particularly preferable, and a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group are particularly preferable.

なお、化合物(A)におけるRf1〜Rf2、また、化合物(B)におけるRf3〜Rf6は、互いに同一の基でも異なる基でもよいが、製造しやすさの観点、化合物の対称性が高い程、結晶の対称性が高くなる観点、また、結晶パッキング構造の対称性が高くなる観点から、同一の基であることが好ましい。 In addition, R f1 to R f2 in the compound (A) and R f3 to R f6 in the compound (B) may be the same or different from each other. The higher the number, the higher the symmetry of the crystal and the higher the symmetry of the crystal packing structure.

〜Xは各々独立して、窒素原子又はCHである。化合物の安定性すなわち化合物のHOMOレベルを低下し耐酸化性を向上させる観点から、窒素原子が多いことが好ましく、X〜Xの少なくとも2以上が窒素原子であることがより好ましく、X〜Xの全てが窒素原子であることが最も好ましい。 X 1 to X 4 are each independently a nitrogen atom or CH. From the viewpoint of improving the decrease HOMO level oxidation resistance stability i.e. compounds of the compound, it is preferable nitrogen atom is large, more preferably at least 2 or more X 1 to X 4 is a nitrogen atom, X 1 most preferably all to X 4 is a nitrogen atom.

Rはハロゲン原子、又は炭素数1〜12のアルキル基である。nは0〜4の整数である。mは0〜2の整数である。
nが2以上の場合及びmが2の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよい。溶解性向上と分子配向性の点から、nは0〜2が好ましい。
またRの置換位置としては、結晶性と溶解性の観点から、化合物の対称性が高まる位置であることが好ましい。具体的には、化合物(A)の骨格を例にとると、下記式に示す3位、4位、10位、及び11位から選ばれる1つ以上の位置が好ましい。
R is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms. n is an integer of 0-4. m is an integer of 0-2.
When n is 2 or more and m is 2, a plurality of R may be the same or different. From the viewpoint of improving solubility and molecular orientation, n is preferably 0 to 2.
The substitution position of R is preferably a position where the symmetry of the compound is increased from the viewpoint of crystallinity and solubility. Specifically, taking the skeleton of compound (A) as an example, one or more positions selected from the 3-position, 4-position, 10-position, and 11-position shown in the following formula are preferred.

Figure 2015155381
Figure 2015155381

Rとしてのハロゲン原子としては、F、Cl、Br、及びIが挙げられ、反応性の点からBr、Iが好ましい。ハロゲン原子を有する含フッ素芳香族化合物は、化合物そのものが有用であるだけでなく、ハロゲン原子の反応性を利用して、該ハロゲン原子を任意の置換基に変換できる。すなわち、所望の置換基を導入する中間体として有用である。さらに、該中間体からは所望の機能を有する有機半導体材料が得られる。   Examples of the halogen atom as R include F, Cl, Br, and I, and Br and I are preferable from the viewpoint of reactivity. The fluorine-containing aromatic compound having a halogen atom is not only useful as a compound itself, but also can be converted into an arbitrary substituent by utilizing the reactivity of the halogen atom. That is, it is useful as an intermediate for introducing a desired substituent. Further, an organic semiconductor material having a desired function can be obtained from the intermediate.

Rとしての炭素数1〜12のアルキル基としては、有機溶媒に対する溶解性向上の観点から炭素数1〜10のアルキル基が好ましい。アルキル基は、直鎖状でも分枝状でもよく、結晶性の向上及び分子配向性の点から直鎖状が好ましい。   As a C1-C12 alkyl group as R, a C1-C10 alkyl group is preferable from a viewpoint of the solubility improvement with respect to an organic solvent. The alkyl group may be linear or branched, and is preferably linear from the viewpoint of improving crystallinity and molecular orientation.

本発明に係る含フッ素芳香族化合物は、含フッ素アルキル基Rf1〜Rf6が同一の基である化合物、すなわち、下式(A2)で表される化合物及び式(B2)で表される化合物であることがより好ましい。 The fluorine-containing aromatic compound according to the present invention is a compound in which the fluorine-containing alkyl groups R f1 to R f6 are the same group, that is, a compound represented by the following formula (A2) and a compound represented by the formula (B2) It is more preferable that

Figure 2015155381
Figure 2015155381

式(A2)中、Rf1、R、nの定義、具体例及び好ましい態様は、上記式(A)と同様である。 In formula (A2), the definitions, specific examples and preferred embodiments of R f1 , R and n are the same as those in formula (A).

Figure 2015155381
Figure 2015155381

式(B2)中、Rf3、X〜X、R及びmの定義、具体例及び好ましい態様は、上記式(B)と同様である。 In formula (B2), the definitions, specific examples and preferred embodiments of R f3 , X 1 to X 4 , R and m are the same as those in formula (B).

化合物(A2)としては、下式で表される化合物が特に好ましい。   As the compound (A2), a compound represented by the following formula is particularly preferable.

Figure 2015155381
Figure 2015155381

上述したように、本発明における含フッ素芳香族化合物は、縮合環のπ−πスタックによる強い分子間相互作用によって高いキャリア移動度を実現することができ、さらには、化合物中の含フッ素アルキル基の存在によって有機溶媒への溶解性を向上することができる。
したがって、本発明における含フッ素芳香族化合物は、高キャリア移動度を有する有機半導体材料として有用であり、簡便かつ基板を損傷させないウェットプロセスを用いて、高性能の有機半導体薄膜を大量に製膜することが可能となる。さらには、該有機半導体薄膜を使った、優れた有機半導体素子及び有機半導体デバイスを得ることが可能となる。
As described above, the fluorinated aromatic compound in the present invention can realize high carrier mobility by strong intermolecular interaction due to the π-π stack of the condensed ring, and further, the fluorinated alkyl group in the compound. The solubility in an organic solvent can be improved by the presence of.
Therefore, the fluorine-containing aromatic compound in the present invention is useful as an organic semiconductor material having a high carrier mobility, and forms a high-performance organic semiconductor thin film in large quantities using a wet process that is simple and does not damage the substrate. It becomes possible. Furthermore, it becomes possible to obtain an excellent organic semiconductor element and organic semiconductor device using the organic semiconductor thin film.

<含フッ素芳香族化合物の製造方法>
本発明に係る含フッ素芳香族化合物は新規な化合物である。含フッ素芳香族化合物のうち、Rf1〜Rf6基が同一である、上記化合物(A2)及び化合物(B2)の製造方法について説明する。
<Method for producing fluorine-containing aromatic compound>
The fluorine-containing aromatic compound according to the present invention is a novel compound. Among the fluorine-containing aromatic compound, the same is R f1 to R f6 group, the compound (A2) and the manufacturing method of the compound (B2) will be described.

<化合物(A2)の製造方法>
化合物(A2)は、下式(A1)で表される化合物を式Rf1−Si(CHで表される化合物と反応させて下式(A1−1)で表される化合物を得て、該式(A1−1)で表される化合物を脱保護処理して下式(A1−2)で表される化合物を得て、該式(A1−2)で表される化合物を芳香族化及び酸化させることにより、得ることができる。
<Method for producing compound (A2)>
The compound (A2) is obtained by reacting the compound represented by the following formula (A1) with the compound represented by the formula R f1 —Si (CH 3 ) 3 to obtain a compound represented by the following formula (A1-1). The compound represented by the formula (A1-1) is deprotected to obtain a compound represented by the following formula (A1-2), and the compound represented by the formula (A1-2) is fragrant. It can be obtained by grouping and oxidation.

Figure 2015155381
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上記式中、Rf1、R、nの定義、具体例及び好ましい態様は、上記式(A)と同様である。 In the above formula, the definitions, specific examples and preferred embodiments of R f1 , R and n are the same as those in the above formula (A).

出発原料である化合物(A1)には公知のキノン系化合物を用いることができ、また、公知の方法に従い合成できる。具体的には下記式化合物等が挙げられる。   A known quinone compound can be used as the starting material compound (A1), and it can be synthesized according to a known method. Specific examples include the following compounds.

Figure 2015155381
Figure 2015155381

化合物(A1)に反応させるR−Si(CH(以下「−Si(CH」を「TMS」とも記載する。)で表される化合物は化合物(A1)に対して2.0〜2.5モル/グラム等量が好ましい。さらに、炭酸塩を化合物(1)に対して0.3〜0.4モル/グラム等量加え、有機溶媒中で、室温で6〜18時間反応させて化合物(A1−1)を得る。
炭酸塩としては、炭酸アルカリ塩などが挙げられ、中でも炭酸カリウムが特に好ましい。有機溶媒としてはアミド系溶媒などが挙げられ、中でもN,N−ジメチルホルムアミドが好ましい。
The compound represented by R 1 —Si (CH 3 ) 3 (hereinafter, “—Si (CH 3 ) 3 ” is also referred to as “TMS”) to be reacted with the compound (A1) is 2 with respect to the compound (A1). An equivalent of 0.0 to 2.5 mol / gram is preferred. Furthermore, a carbonate is added in an amount of 0.3 to 0.4 mol / gram equivalent to the compound (1) and reacted in an organic solvent at room temperature for 6 to 18 hours to obtain a compound (A1-1).
Examples of the carbonate include alkali carbonate and the like, and potassium carbonate is particularly preferable. Examples of the organic solvent include amide solvents, among which N, N-dimethylformamide is preferable.

化合物(A1−1)のTMS基を脱保護してアルコール体(A1−2)に変換する反応方法としては限定されず、例えば、濃塩酸を用いた酸処理による脱保護反応が挙げられる。この場合、例えば化合物(A1−1)に対して、濃塩酸を1〜5モル/グラム等量加え、有機溶媒中で、還流下3〜24時間反応させる方法が好ましい。
有機溶媒としては、水溶性有機溶媒が好ましく、エタノール、テトラヒドロフランが特に好ましい。
TMS基の脱保護は、テトラブチルアンモニウムフルオリドのようなフッ化物源を用いても実施できる。化合物(A1−1)に対して、テトラブチルアンモニウムフルオリドを1〜5モル/グラム等量加え、有機溶媒中で、0℃で0.5〜5時間反応させる方法が好ましい。TMS基を脱保護するとアルコール体(A1−2)が得られる。
The reaction method for deprotecting the TMS group of the compound (A1-1) to convert it into the alcohol form (A1-2) is not limited, and examples thereof include a deprotection reaction by acid treatment using concentrated hydrochloric acid. In this case, for example, a method of adding 1 to 5 mol / gram equivalent of concentrated hydrochloric acid to the compound (A1-1) and reacting in an organic solvent under reflux for 3 to 24 hours is preferable.
As the organic solvent, a water-soluble organic solvent is preferable, and ethanol and tetrahydrofuran are particularly preferable.
The deprotection of the TMS group can also be carried out using a fluoride source such as tetrabutylammonium fluoride. A method of adding 1 to 5 mol / gram equivalent of tetrabutylammonium fluoride to the compound (A1-1) and reacting in an organic solvent at 0 ° C. for 0.5 to 5 hours is preferable. When the TMS group is deprotected, an alcohol form (A1-2) is obtained.

化合物(A1−2)の芳香族化も公知の方法を適用でき限定されないが、本発明においては、一般的な芳香族化反応に用いられる重金属(例として塩化スズ)を用いる方法は適用しないのが好ましい。芳香族化は、真空中220℃以上の熱処理による水酸基の脱離を経由した芳香族化が好ましい。また、例えば、トリフェニルホスフィン/四臭化炭素を用い、水酸基の脱離工程を経由した芳香族化反応が好ましい。具体的には有機溶媒中で、四臭化炭素を化合物(A1−2)に対して3〜10モル/グラム等量加え、0℃で保持し、さらに、トリフェニルホスフィンを化合物(A1−2)に対して2〜10モル/グラム等量加え、有機溶媒中で、還流下3〜24時間反応させる方法が挙げられる。
有機溶媒としては、塩素系溶媒が好ましく、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素が挙げられ、ジクロロメタンが特に好ましい。
The aromatization of the compound (A1-2) is not limited because a known method can be applied, but in the present invention, a method using a heavy metal (for example, tin chloride) used in a general aromatization reaction is not applied. Is preferred. The aromatization is preferably aromatization via elimination of hydroxyl groups by heat treatment at 220 ° C. or higher in vacuum. Further, for example, an aromatization reaction using triphenylphosphine / carbon tetrabromide and a hydroxyl group elimination step is preferable. Specifically, carbon tetrabromide is added in an organic solvent in an amount of 3 to 10 mol / gram equivalent to the compound (A1-2), and kept at 0 ° C. Further, triphenylphosphine is added to the compound (A1-2). ) To 2 to 10 mol / gram equivalent amount, and a reaction in an organic solvent under reflux for 3 to 24 hours.
The organic solvent is preferably a chlorinated solvent, and examples thereof include dichloromethane, chloroform, and carbon tetrachloride, with dichloromethane being particularly preferred.

上記芳香族化の後、酸化反応を行なう。化合物(A1−2)が芳香族化されると、窒素原子の一部がNHに変換された中間体化合物(化合物(A1−3)とも称する)が生成するため、NHを再びNに変換するために酸化反応を行なう。化合物(A1−3)としては、例えば下記化合物が推定される。   After the aromatization, an oxidation reaction is performed. When compound (A1-2) is aromatized, an intermediate compound (also referred to as compound (A1-3)) in which a part of the nitrogen atom is converted to NH is formed, so NH is converted again to N. Therefore, an oxidation reaction is performed. As a compound (A1-3), the following compound is estimated, for example.

Figure 2015155381
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酸化反応は、例えばMnOを用いる方法が挙げられる。 An example of the oxidation reaction is a method using MnO 2 .

上記反応により化合物(A2)が生成する。   The compound (A2) is generated by the above reaction.

<化合物(B2)の製造方法>
化合物(B2)は、下式(B1)で表される化合物を式Rf3−Si(CHで表される化合物と反応させて下式(B1−1)で表される化合物を得て、該式(B1−1)で表される化合物を脱保護処理して下式(B1−2)で表される化合物を得て、該式(B1−2)で表される化合物を芳香族化及び酸化させることにより、得ることができる。
<Method for producing compound (B2)>
The compound (B2) is obtained by reacting a compound represented by the following formula (B1) with a compound represented by the formula R f3 —Si (CH 3 ) 3 to obtain a compound represented by the following formula (B1-1). The compound represented by the formula (B1-1) is deprotected to obtain the compound represented by the following formula (B1-2), and the compound represented by the formula (B1-2) It can be obtained by grouping and oxidation.

Figure 2015155381
Figure 2015155381

f3、X〜X、R及びmの定義、具体例及び好ましい態様は、上記式(B)と同様である。 Definitions, specific examples and preferred embodiments of R f3 , X 1 to X 4 , R and m are the same as those in the above formula (B).

出発原料である化合物(B1)には公知のキノン系化合物を用いることができ、具体的には下記式化合物等が挙げられる。   As the starting material compound (B1), a known quinone compound can be used, and specific examples thereof include the following compounds.

Figure 2015155381
Figure 2015155381

化合物(B1)を式Rf3−Si(CHで表される化合物と反応させて化合物(B1−1)を得る方法、化合物(B1−1)を脱保護処理して化合物(B1−2)を得る方法、化合物(B1−2)を芳香族化及び酸化させる方法は、上記化合物(A2)の製造方法において記載した方法とそれぞれ同様である。 A method of obtaining compound (B1-1) by reacting compound (B1) with a compound represented by the formula R f3 —Si (CH 3 ) 3 , and deprotecting compound (B1-1) to obtain compound (B1- The method for obtaining 2) and the method for aromatizing and oxidizing the compound (B1-2) are the same as the methods described in the method for producing the compound (A2).

化合物(B1−2)を芳香族化した場合も同様に、窒素原子の一部がNHに変換された中間体化合物(化合物(B1−3)とも称する)が生成する。化合物(B1−3)としては、例えば下記化合物(B1−3−1)や化合物(B1−3−2)が推定される。   Similarly, when the compound (B1-2) is aromatized, an intermediate compound (also referred to as a compound (B1-3)) in which a part of the nitrogen atom is converted to NH is generated. As a compound (B1-3), the following compound (B1-3-1) and a compound (B1-3-2) are estimated, for example.

Figure 2015155381
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本発明における含フッ素芳香族化合物の合成方法によれば、含フッ素アルキル基の導入に際し、重金属を用いたカップリング反応を用いないため、合成された化合物中に含まれる重金属の割合を少なくできる。すなわち、本発明の方法により得られた含フッ素芳香族化合物においては、化合物中に含まれる重金属量を、25重量ppm以下、好ましくは、20重量ppm以下に低減できる。   According to the method for synthesizing a fluorinated aromatic compound in the present invention, since a coupling reaction using a heavy metal is not used when introducing a fluorinated alkyl group, the ratio of the heavy metal contained in the synthesized compound can be reduced. That is, in the fluorine-containing aromatic compound obtained by the method of the present invention, the amount of heavy metal contained in the compound can be reduced to 25 ppm by weight or less, preferably 20 ppm by weight or less.

<有機半導体材料>
有機半導体材料は、先述した含フッ素芳香族化合物を含む材料であり、例えば、他の有機半導体材料に混合して用いたり、種々のドーパントを含んでいてもよい。ドーパントとしては、例えば有機EL素子の発光層として用いる場合には、クマリン、キナクリドン、ルブレン、スチルベン系誘導体、蛍光色素等を用いることができる。
<Organic semiconductor materials>
The organic semiconductor material is a material containing the above-described fluorine-containing aromatic compound. For example, the organic semiconductor material may be used by mixing with other organic semiconductor materials, or may contain various dopants. As the dopant, for example, when used as a light emitting layer of an organic EL device, coumarin, quinacridone, rubrene, stilbene derivatives, fluorescent dyes, and the like can be used.

また、含フッ素アルキル基間の親和力により隣接分子が凝集し(フルオロフィリック効果)、より効率的な電荷移動に寄与する。したがって、本発明の含フッ素芳香族化合物を用いれば、高いキャリア移動度を保持した有機半導体薄膜、及びこれを利用したトランジスタ等の電子素子の作製が実現できる。   In addition, adjacent molecules aggregate due to the affinity between fluorine-containing alkyl groups (fluorophylic effect), contributing to more efficient charge transfer. Therefore, by using the fluorinated aromatic compound of the present invention, it is possible to produce an organic semiconductor thin film that retains high carrier mobility and an electronic device such as a transistor using the organic semiconductor thin film.

本発明の含フッ素芳香族化合物は、電子求引性置換基である含フッ素アルキル基が導入されたことから、導電性が変化しうる。たとえば、本発明の含フッ素芳香族化合物は、含フッ素アルキル基によって電子遷移エネルギーを変化させることでき、導電型を制御することが可能な有機半導体材料となりうる。   In the fluorine-containing aromatic compound of the present invention, the conductivity can be changed because a fluorine-containing alkyl group which is an electron-attracting substituent is introduced. For example, the fluorine-containing aromatic compound of the present invention can change an electron transition energy by a fluorine-containing alkyl group, and can be an organic semiconductor material capable of controlling the conductivity type.

<有機半導体薄膜>
本発明に係る有機半導体材料は、ドライプロセス又はウェットプロセスを用い、通常の製造方法にしたがって、基板上に有機半導体に膜を形成できる。該膜としては、薄膜、厚膜、又は結晶性を有する膜が挙げられる。
<Organic semiconductor thin film>
The organic semiconductor material according to the present invention can form a film on an organic semiconductor on a substrate using a dry process or a wet process according to a normal manufacturing method. Examples of the film include a thin film, a thick film, and a film having crystallinity.

ドライプロセスで薄膜を形成する場合、真空蒸着法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、スパッタリング法、レーザー蒸着法、気相輸送成長法等の公知の方法を用いて製膜することができる。
これらの薄膜等は、光電変換素子、薄膜トランジスタ素子、発光素子など種々の機能素子の電荷輸送性部材として機能することから、該薄膜を有する多様な電子デバイスを作製できる。
When a thin film is formed by a dry process, the film can be formed using a known method such as a vacuum deposition method, an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, a sputtering method, a laser deposition method, or a vapor transport growth method.
Since these thin films function as charge transporting members for various functional elements such as photoelectric conversion elements, thin film transistors, and light emitting elements, various electronic devices having the thin films can be manufactured.

ドライプロセスとして、真空蒸着法、MBE法、又は気相輸送成長法を用いて薄膜を形成する場合には、有機半導体材料を加熱して昇華した蒸気を、高真空、真空、低真空、又は常圧で基板表面に輸送する。薄膜の形成は、公知の方法や条件に従って実施でき、具体的には、基板温度20〜200℃、薄膜成長速度0.001〜1000nm/secが好ましい。該条件とすることで、結晶性があり、かつ、薄膜の表面平滑性がある膜を形成しうる。
基板温度は、低温であると薄膜がアモルファス状になりやすく、高温であると薄膜の表面平滑性が低下する傾向にある。また、薄膜成長速度が遅いと結晶性が低下しやすく、速すぎると薄膜の表面平滑性が低下する傾向がある。
In the case of forming a thin film using a vacuum deposition method, an MBE method, or a vapor transport growth method as a dry process, a vapor obtained by heating and sublimating an organic semiconductor material is used in a high vacuum, a vacuum, a low vacuum, or a normal vacuum. Transported to the substrate surface with pressure. The thin film can be formed according to known methods and conditions. Specifically, a substrate temperature of 20 to 200 ° C. and a thin film growth rate of 0.001 to 1000 nm / sec are preferable. By setting it as this condition, a film having crystallinity and a thin surface smoothness can be formed.
When the substrate temperature is low, the thin film tends to be amorphous, and when the substrate temperature is high, the surface smoothness of the thin film tends to decrease. Further, if the growth rate of the thin film is slow, the crystallinity tends to decrease, and if it is too fast, the surface smoothness of the thin film tends to decrease.

ウェットプロセスを適用する場合、本発明の含フッ素芳香族化合物を含む有機半導体材料を有機溶媒に溶解して溶液化した組成物を、ウェットプロセスで基板上に被覆した後に乾燥することによって有機半導体薄膜を形成することができる。
本発明の含フッ素芳香族化合物は、従来の有機半導体材料に比して有機溶媒に対する溶解性が改善され、ウェットプロセスの適用ができる利点を有する化合物である。その理由は、含フッ素化合物中のパーフルオロアルキル基の存在により、本発明に係る有機半導体材料は親油性を示すことから、種々の有機溶媒に可溶となるためである。ウェットプロセスによる膜形成は、半導体結晶にダメージを与えることなく加工できる利点がある。
When applying a wet process, the organic semiconductor material containing the fluorine-containing aromatic compound of the present invention is dissolved in an organic solvent, and the resulting solution is coated on a substrate by a wet process and then dried to form an organic semiconductor thin film. Can be formed.
The fluorine-containing aromatic compound of the present invention is a compound having an advantage that the solubility in an organic solvent is improved as compared with a conventional organic semiconductor material and a wet process can be applied. This is because the organic semiconductor material according to the present invention exhibits lipophilicity due to the presence of the perfluoroalkyl group in the fluorine-containing compound, and thus becomes soluble in various organic solvents. Film formation by a wet process has the advantage that it can be processed without damaging the semiconductor crystal.

ウェットプロセスにおける製膜方法(基板を被覆する方法)としては、塗布、噴霧、及び接触等が挙げられる。具体的には、スピンコート法、キャスト法、ディップコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、スクリーン印刷法、ディスペンス法等の公知の方法が挙げられる。また、平板状結晶や厚膜状態の形態を取る場合には、キャスト法等が採用できる。製膜方法及び有機溶媒は、作製するデバイスに適した組み合わせを選択することが好ましい。   Examples of the film forming method (method for coating the substrate) in the wet process include coating, spraying, and contact. Specific examples include known methods such as spin coating, casting, dip coating, ink jet, doctor blade, screen printing, and dispensing. Moreover, when taking the form of a flat crystal or a thick film state, a casting method or the like can be adopted. It is preferable to select a combination suitable for the device to be produced for the film forming method and the organic solvent.

ウェットプロセスにおいては、含フッ素芳香族化合物の溶液と基板との界面に、温度勾配、電場、及び磁場から選ばれる少なくとも1つを印加して、結晶成長を制御することができる。該方法を採用すれば、より高結晶性の有機半導体薄膜を製造でき、かつ、高結晶性の薄膜の性能に基づく優れた半導体特性を得ることができる。また、ウェットプロセス製膜時に、環境雰囲気を溶媒雰囲気にすることにより、溶媒乾燥における蒸気圧を制御して、高結晶性の有機半導体薄膜を製造することもできる。   In the wet process, crystal growth can be controlled by applying at least one selected from a temperature gradient, an electric field, and a magnetic field to the interface between the fluorine-containing aromatic compound solution and the substrate. By adopting this method, a highly crystalline organic semiconductor thin film can be produced, and excellent semiconductor characteristics based on the performance of the highly crystalline thin film can be obtained. In addition, a high crystalline organic semiconductor thin film can be manufactured by controlling the vapor pressure in solvent drying by making the environmental atmosphere a solvent atmosphere during wet process film formation.

ウェットプロセスにおいて、本発明の含フッ素芳香族化合物を溶解することができる有機溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ジエチルエーテル、tert−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;メタノール、エタノール、2−プロパノール等のアルコール類;又はこれらの混合物等の、非ハロゲン系の溶媒の例が挙げられる。なお混合溶媒とする場合は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類やシクロヘキサン等の脂環式炭化水素類を併用することができる。   Examples of the organic solvent that can dissolve the fluorine-containing aromatic compound of the present invention in the wet process include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; diethyl ether, tert-butyl methyl ether, tetrahydrofuran, and dioxane. Examples of non-halogen solvents such as ethers such as; alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol; or mixtures thereof. When a mixed solvent is used, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane, and heptane, and alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane can be used in combination.

有機溶媒としては、含ハロゲン溶媒も例示できる。例えば、塩素化炭化水素類、フッ素化炭化水素類、塩素化フッ素化炭化水素類、含フッ素エーテル化合物が例示できる。具体的には、塩化メチレン、クロロホルム、2,3,3−トリクロロヘプタフルオロブタン、1,1,1,3−テトラクロロテトラフルオロプロパン、1,1,1−トリクロロペンタフルオロプロパン、1,1−ジクロロ−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,3−ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、ジクロロペンタフルオロプロパン、n−C13−C、n−COCH、n−COC等が挙げられる。
溶媒は1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合には、非ハロゲン系溶媒と、含ハロゲン溶媒とを併用するのが好ましく、これらを任意の割合で混合した溶媒が好ましい。
Examples of the organic solvent include halogen-containing solvents. Examples thereof include chlorinated hydrocarbons, fluorinated hydrocarbons, chlorinated fluorinated hydrocarbons, and fluorine-containing ether compounds. Specifically, methylene chloride, chloroform, 2,3,3-trichloroheptafluorobutane, 1,1,1,3-tetrachlorotetrafluoropropane, 1,1,1-trichloropentafluoropropane, 1,1- Dichloro-2,2,3,3,3-pentafluoropropane, 1,3-dichloro-1,1,2,2,3-pentafluoropropane, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, dichloropentafluoropropane , n-C 6 F 13 -C 2 H 5, n-C 4 F 9 OCH 3, n-C 4 F 9 OC 2 H 5 and the like.
A solvent may use only 1 type or may use 2 or more types together. When using 2 or more types together, it is preferable to use a non-halogen type solvent and a halogen-containing solvent together, and the solvent which mixed these in arbitrary ratios is preferable.

本発明における含フッ素芳香族化合物を有機溶媒に溶解させて、ウェットプロセスを行う場合には、有機溶媒中の有機半導体材料量は0.01質量%以上が好ましく、0.2質量%程度以上が、作業効率の観点等から好ましい。さらに、有機溶媒中の有機半導体材料量は、0.01〜10重量%が好ましく、0.2〜10重量%が特に好ましい。
また、本発明の含フッ素芳香族化合物は有機溶媒に対する溶解性に優れるため、上記の製造方法で得た含フッ素芳香族化合物をカラムクロマトグラフィーや再結晶などの簡易な精製方法によって、高純度化してもよい。
When the wet process is performed by dissolving the fluorinated aromatic compound in the present invention in an organic solvent, the amount of the organic semiconductor material in the organic solvent is preferably 0.01% by mass or more, and about 0.2% by mass or more. From the viewpoint of working efficiency, etc. Furthermore, the amount of the organic semiconductor material in the organic solvent is preferably 0.01 to 10% by weight, particularly preferably 0.2 to 10% by weight.
In addition, since the fluorine-containing aromatic compound of the present invention is excellent in solubility in an organic solvent, the fluorine-containing aromatic compound obtained by the above production method can be highly purified by a simple purification method such as column chromatography or recrystallization. May be.

ウェットプロセスによる基板上の被覆は、大気下又は不活性ガス雰囲気下で行うことができる。特に半導体材料の溶液が酸化しやすい場合には、不活性ガス雰囲気下にすることが好ましく、窒素やアルゴン等を用いることができる。
基板上を被覆した後、溶媒を揮発させることで有機半導体薄膜が形成される。当該薄膜中の溶媒残存量が多いと薄膜の安定性や半導体特性が低下するおそれがあるため、薄膜形成の後に、再度加熱処理や減圧処理を施し、残存している溶媒を除去することが好ましい。
The coating on the substrate by the wet process can be performed in the air or in an inert gas atmosphere. In particular, when the solution of the semiconductor material is easily oxidized, it is preferably in an inert gas atmosphere, and nitrogen, argon, or the like can be used.
After coating the substrate, the organic semiconductor thin film is formed by volatilizing the solvent. If the residual amount of the solvent in the thin film is large, the stability of the thin film and the semiconductor properties may be deteriorated. Therefore, it is preferable to remove the remaining solvent by performing heat treatment or reduced pressure treatment again after the thin film is formed. .

ウェットプロセスに使用しうる基板の形状は特に限定されず、通常はシート状の基板や板状の基板が好ましい。基板に用いられる材料も特に限定されずセラミックス、金属基板、半導体、樹脂、紙、不織布等が挙げられる。   The shape of the substrate that can be used in the wet process is not particularly limited, and a sheet-like substrate or a plate-like substrate is usually preferable. The material used for the substrate is not particularly limited, and examples thereof include ceramics, metal substrates, semiconductors, resins, paper, and nonwoven fabrics.

基板がセラミックス基板である場合の例としては、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化ケイ素、炭化ケイ素等の基板が挙げられる。金属基板としては金、銅、銀等の基板が挙げられる。半導体基板としては、シリコン(結晶性シリコン、アモルファスシリコン)、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガリウムリン、チッ化ガリウム等の基板が挙げられる。樹脂基板としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニル、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、環状ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、トリアセチルセルロース、ノルボルネン等の基板が挙げられる。   Examples of the substrate that is a ceramic substrate include glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide, and the like. Examples of the metal substrate include gold, copper, and silver substrates. Examples of the semiconductor substrate include silicon (crystalline silicon, amorphous silicon), germanium, gallium arsenide, gallium phosphide, gallium nitride, and the like. Polyester, polyethylene, polypropylene, polyvinyl, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, cyclic polyolefin, polyimide, polyamide, polystyrene, polycarbonate, polyether sulfone, polysulfone, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, triacetyl Examples of the substrate include cellulose and norbornene.

本発明の含フッ素芳香族化合物を用いた有機半導体薄膜は、結晶性の薄膜とすることができる。結晶性の薄膜は高い結晶性によって高いキャリア移動度が望め、それによる優れた有機半導体デバイス特性を発現する点から好ましい。
薄膜の結晶状態は、当該薄膜の斜入射X線回折測定、透過型電子線回折、薄膜のエッジ部にX線を入射させ回折を測定する方法により知ることができる。特に薄膜分野の結晶解析手法である斜入射X線回折が用いられる。X線回折において、測定する格子面の方向によって、Out−of−planeXRD法とIn−planeXRD法がある。Out−of−planeXRD法は基板に対して平行な格子面を観察する手法である。In−planeXRD法は基板に対して垂直な格子面を観察する手法である。薄膜が結晶性であるとは、薄膜を形成する有機半導体材料に由来する回折ピークが観察されることを意味する。具体的には有機半導体材料の結晶格子に基づく回折、分子長さ由来の回折、あるいは分子が基板に対して平行、あるいは垂直に並ぶ配向性を有する際に現れる特徴的な回折ピークが観察されることを意味する。非結晶状態の膜の場合はこの回折は観察されず、回折ピークが現れた薄膜は結晶性の薄膜であることを意味する。
The organic semiconductor thin film using the fluorine-containing aromatic compound of the present invention can be a crystalline thin film. A crystalline thin film is preferable from the viewpoint that high carrier mobility can be expected due to high crystallinity and thereby excellent organic semiconductor device characteristics are exhibited.
The crystalline state of the thin film can be known by oblique incidence X-ray diffraction measurement of the thin film, transmission electron diffraction, or a method of measuring diffraction by making X-rays incident on the edge of the thin film. In particular, oblique incidence X-ray diffraction, which is a crystal analysis technique in the thin film field, is used. In X-ray diffraction, there are an Out-of-plane XRD method and an In-plane XRD method depending on the direction of the lattice plane to be measured. The Out-of-plane XRD method is a method for observing a lattice plane parallel to the substrate. The In-plane XRD method is a method for observing a lattice plane perpendicular to the substrate. That the thin film is crystalline means that a diffraction peak derived from the organic semiconductor material forming the thin film is observed. Specifically, diffraction based on crystal lattice of organic semiconductor material, diffraction derived from molecular length, or characteristic diffraction peak appearing when molecules have alignment parallel or perpendicular to the substrate are observed. Means that. In the case of a non-crystalline film, this diffraction is not observed, which means that the thin film in which the diffraction peak appears is a crystalline thin film.

有機半導体素子に使用する有機半導体薄膜層の厚さは、通常10〜1,000nmであるのが好ましい。   The thickness of the organic semiconductor thin film layer used for the organic semiconductor element is usually preferably 10 to 1,000 nm.

<有機半導体素子、有機半導体トランジスタ>
本発明における含フッ素芳香族化合物は高いキャリア移動度を有する。よって、該化合物を含む有機半導体材料は該化合物の高いキャリア移動度を損なうことなく、有機半導体薄膜を形成することができる。
有機半導体薄膜の層を積層することにより形成した半導体層を含む有機半導体素子は、様々な半導体デバイスに非常に有用である。
<Organic semiconductor element, organic semiconductor transistor>
The fluorine-containing aromatic compound in the present invention has a high carrier mobility. Therefore, an organic semiconductor material containing the compound can form an organic semiconductor thin film without impairing the high carrier mobility of the compound.
An organic semiconductor element including a semiconductor layer formed by laminating layers of organic semiconductor thin films is very useful for various semiconductor devices.

半導体デバイスの例としては、有機半導体トランジスタ、有機半導体レーザー、有機光電変換デバイス、有機分子メモリ等が挙げられる。このうち半導体デバイスとしては有機半導体トランジスタが好ましく、さらに電界効果トランジスタ(FET)がより好ましい。   Examples of the semiconductor device include an organic semiconductor transistor, an organic semiconductor laser, an organic photoelectric conversion device, and an organic molecular memory. Among these, an organic semiconductor transistor is preferable as the semiconductor device, and a field effect transistor (FET) is more preferable.

有機半導体トランジスタは、通常、基板、ゲート電極、絶縁体層(誘電体層)、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層で構成される。その他にバックゲートやバルクなどが含まれていてもよい。
有機半導体トランジスタ中の構成要素が配置される順序等については、特に限定されない。また、上記構成要素のうち、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層は複数層設けてもよい。複数層の半導体層が存在する場合には、同一平面内に設けても、積層して設けてもよい。
An organic semiconductor transistor is usually composed of a substrate, a gate electrode, an insulator layer (dielectric layer), a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer. In addition, a back gate or a bulk may be included.
There are no particular restrictions on the order in which the components in the organic semiconductor transistor are arranged. Further, among the above components, a plurality of gate electrodes, source electrodes, drain electrodes, and semiconductor layers may be provided. When there are a plurality of semiconductor layers, they may be provided in the same plane or stacked.

以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(評価方法)
実施例において、合成した化合物は、以下の分析方法及び分析条件により構造を同定した。
(Evaluation method)
In the examples, the structures of the synthesized compounds were identified by the following analysis methods and analysis conditions.

核磁気共鳴分析は、日本電子社製フーリエ変換高分解能核磁気共鳴装置(JNM−AL400)により同定を行った。
H NMR(300MHz) 溶媒:クロロホルム−d(CDCl),メタノール−d(CDOD)又はアセトン−d(Acetone−d)。内部標準:テトラメチルシラン(TMS).
13C NMR(75MHz) 溶媒:クロロホルム−d(CDCl),メタノール−d(CDOD)又はアセトン−d(Acetone−d)。内部標準:クロロホルム−d(CDCl).
19F NMR(283MHz) 溶媒:クロロホルム−d(CDCl),メタノール−d(CDOD)又はアセトン−d(Acetone−d)。内部標準:ヘキサフルオロベンゼン(C)を−163ppmとした(CFClを0ppmとする).
The nuclear magnetic resonance analysis was identified by a Fourier transform high resolution nuclear magnetic resonance apparatus (JNM-AL400) manufactured by JEOL.
1 H NMR (300 MHz) Solvent: chloroform-d (CDCl 3 ), methanol-d 4 (CD 3 OD) or acetone-d 6 (acetone-d 6 ). Internal standard: Tetramethylsilane (TMS).
13 C NMR (75 MHz) Solvent: chloroform-d (CDCl 3 ), methanol-d 4 (CD 3 OD) or acetone-d 6 (acetone-d 6 ). Internal standard: chloroform -d (CDCl 3).
19 F NMR (283 MHz) Solvent: chloroform-d (CDCl 3 ), methanol-d 4 (CD 3 OD) or acetone-d 6 (acetone-d 6 ). Internal standard: hexafluorobenzene (C 6 F 6 ) was set to −163 ppm (CFCl 3 was set to 0 ppm).

赤外吸収分光は、日本分光社製フーリエ変換赤外分光高度計(FT−IR)、FT/IR−4100を使用した。
元素分析は、パーキンエルマー社製全自動元素分析装置2400シリーズIIを使用した。
融点測定は、ヤマト科学社製融点測定器MP−21を使用した。
For infrared absorption spectroscopy, a Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR), FT / IR-4100 manufactured by JASCO Corporation was used.
For elemental analysis, a fully automatic elemental analyzer 2400 series II manufactured by PerkinElmer was used.
For the melting point measurement, a melting point measuring device MP-21 manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. was used.

(実施例1)
5,7,12,14−tetraaza−6,13−bis(trifluoromethyl)pentacene(化合物(e))の製造方法
下記スキームに従い化合物(e)を製造した。
Example 1
Method for producing 5,7,12,14-tetraaza-6,13-bis (trifluoromethyl) pentacene (compound (e)) Compound (e) was produced according to the following scheme.

Figure 2015155381
Figure 2015155381

化合物(a)(5,7,12,14−tetraaza−5,14−dihydropentacene)の製造方法   Method for producing compound (a) (5, 7, 12, 14-tetraaza-5, 14-dihydropentenecene)

Figure 2015155381
Figure 2015155381

Ar置換した200mL二口ナスフラスコに、2,5−dihydroxy−1,4−benzoquinone(2.80g,20mmol)、o−Phenylenediamine(8.64g,80mmol)、酢酸(50mL)を入れ、還流温度で8時間攪拌した。反応溶液を室温まで冷却してからろ過を行い、得られた固体をアセトンで洗浄、乾燥させ、化合物(a)を得た。
(参考文献:Tanq,Q.;Lianq,Z.;Liu,J.;Xu,J.;Miao,Q.,Chem.Comm.,2010,46,2977−2979.)
H NMR(300MHz,DMSO−d6)δ9.70(2H,s),7.65(2H,dd,J=3.5,6.5Hz),7.41(dd,J=3.3,6.3Hz),6.59(2H,dd,J=3.3,5.7Hz),6.48(dd,J=3.0,6.0Hz),6.32(s,2H).
13C NMRは、化合物が難溶なため測定できなかった。
2,200-dihydroxy-1,4-benzoquinone (2.80 g, 20 mmol), o-Phenylenediamine (8.64 g, 80 mmol), and acetic acid (50 mL) were put into an Ar-substituted 200 mL two-necked eggplant flask at reflux temperature. Stir for 8 hours. The reaction solution was cooled to room temperature and filtered, and the resulting solid was washed with acetone and dried to obtain compound (a).
(Reference: Tanq, Q .; Lianq, Z .; Liu, J .; Xu, J .; Miao, Q., Chem. Comm., 2010, 46, 2777-2979.)
1 H NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ 9.70 (2H, s), 7.65 (2H, dd, J = 3.5, 6.5 Hz), 7.41 (dd, J = 3.3) 6.3 Hz), 6.59 (2H, dd, J = 3.3, 5.7 Hz), 6.48 (dd, J = 3.0, 6.0 Hz), 6.32 (s, 2H).
13 C NMR could not be measured because the compound was hardly soluble.

化合物(b)(5,7,11,14−tetraaza−6,13−pentacenequinone)の製造   Preparation of Compound (b) (5,7,11,14-tetraaza-6,13-pentacenequinone)

Figure 2015155381
Figure 2015155381

500mLナスフラスコに、化合物(a)(4.46g,15.7mmol)、HO(200mL)、HSO(50mL)、KCr(17.65g,60mmol)を順次入れ、120℃で1時間攪拌した。室温まで冷却した反応溶液を濾過し、得られた固体を水とアセトンで洗浄した後に乾燥させることで、化合物(b)(3.96g,12.68mmol,81%yield)を得た。
(参考文献:Tanq,Q.;Liu,J.;Chan,H.−S.;Miao.Q.,Chem.Eur.J.,2009,15,3965−3969.)
H NMR (300MHz,DMSO−d6)δ8.47(4H,dd,J=3.5,6.0Hz),8.18(4H,dd,J=3.6,6.3Hz).
13C NMRは、化合物が難溶なため測定できなかった。
Compound (a) (4.46 g, 15.7 mmol), H 2 O (200 mL), H 2 SO 4 (50 mL), K 2 Cr 2 O 7 (17.65 g, 60 mmol) are sequentially added to a 500 mL eggplant flask. , And stirred at 120 ° C. for 1 hour. The reaction solution cooled to room temperature was filtered, and the resulting solid was washed with water and acetone and then dried to obtain compound (b) (3.96 g, 12.68 mmol, 81% yield).
(Reference: Tanq, Q .; Liu, J .; Chan, H.-S .; Miao. Q., Chem. Eur. J., 2009, 15, 3965-3969.)
1 H NMR (300 MHz, DMSO-d6) δ 8.47 (4H, dd, J = 3.5, 6.0 Hz), 8.18 (4H, dd, J = 3.6, 6.3 Hz).
13 C NMR could not be measured because the compound was hardly soluble.

化合物(c)(5,7,11,14−tetraaza−6,13−bis(trifluoromethyl)−pentacene−6,13−diol)の製造   Production of Compound (c) (5,7,11,14-tetraaza-6,13-bis (trifluoromethyl) -pentacene-6,13-diol)

Figure 2015155381
Figure 2015155381

CsF(0.109g,0.72mmol)を入れた50mL二口ナスフラスコに化合物(b)(0.562g,1.80mmol)、THF(15mL)を入れ、反応溶液を0℃に冷却した。CFTMS(0.80mL,5.4mmol)をゆっくりと滴下し、室温で15時間攪拌した。塩化アンモニウム飽和水溶液を用いて反応を停止させたのち、酢酸エチル(20mL)を用いて3回抽出し、NaSOで乾燥させ、濃縮した。得られた固体にTHF(10mL)を入れ、0℃に冷却した。TBAF(3.7mL,3.7mmol)をゆっくりと滴下し、0℃で3時間攪拌した。塩化アンモニウム飽和水溶液を用いて反応を停止させたのち、酢酸エチル(20mL)を用いて3回抽出し、NaSOで乾燥させ、濃縮した。ヘキサン:酢酸エチル=2:1の展開溶媒にてカラムクロマトグラフィーを行った。得られた固体に対してヘキサン:酢酸エチル=1:2溶媒を用いて再結晶を行うことで化合物(c)(0.4063g,0.90mmol,50%yield)を得た。
H NMR(300MHz,CDCl)δ8.41(4H,dd,J=3.5,6.5Hz),8.02(4H,dd,J=3.5,6.5Hz).
19F NMR(283MHz,CDCl)δ−77.31(s).
13C NMRは、化合物が難溶なため測定できなかった。
IR(KBr)3459,3056,2560,1994,1613,1551,1490,1415,1352,1240,1198,1157,1128,1051,962,919,769,736,619.
m.p.>300℃ decompose
HRMS(ESI+,m/z):[M+H]calcd for C2010,453.0786;Found,453.0784.
Compound (b) (0.562 g, 1.80 mmol) and THF (15 mL) were placed in a 50 mL two-necked eggplant flask containing CsF (0.109 g, 0.72 mmol), and the reaction solution was cooled to 0 ° C. CF 3 TMS (0.80 mL, 5.4 mmol) was slowly added dropwise and stirred at room temperature for 15 hours. The reaction was quenched with a saturated aqueous ammonium chloride solution, extracted three times with ethyl acetate (20 mL), dried over Na 2 SO 4 and concentrated. THF (10 mL) was added to the obtained solid and cooled to 0 ° C. TBAF (3.7 mL, 3.7 mmol) was slowly added dropwise and stirred at 0 ° C. for 3 hours. The reaction was quenched with a saturated aqueous ammonium chloride solution, extracted three times with ethyl acetate (20 mL), dried over Na 2 SO 4 and concentrated. Column chromatography was performed with a developing solvent of hexane: ethyl acetate = 2: 1. The obtained solid was recrystallized using hexane: ethyl acetate = 1: 2 solvent to obtain Compound (c) (0.4063 g, 0.90 mmol, 50% yield).
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 8.41 (4H, dd, J = 3.5, 6.5 Hz), 8.02 (4H, dd, J = 3.5, 6.5 Hz).
19 F NMR (283 MHz, CDCl 3 ) δ-77.31 (s).
13 C NMR could not be measured because the compound was hardly soluble.
IR (KBr) 3459, 3056, 2560, 1994, 1613, 1551, 1490, 1415, 1352, 1240, 1198, 1157, 1128, 1051, 962, 919, 769, 736, 619.
m. p. > 300 ° C decompose
HRMS (ESI +, m / z ): [M + H] + calcd for C 20 H 10 F 6 N 4 O 2, 453.0786; Found, 453.0784.

化合物(d)(5,7,12,14−tetraaza−6,13−bis(trifluoromethyl)−5,14−dihydropentacene)の製造   Production of Compound (d) (5,7,12,14-tetraaza-6,13-bis (trifluoromethyl) -5,14-dihydropentenecene)

Figure 2015155381
Figure 2015155381

Ar置換した(50mL)ナスフラスコに、PPh(0.680g,2.6mmol)、BrPh(0.889g,2.6mmol)、CHCl(5mL)を入れ、反応溶液を0℃に冷却した。この溶液に、10mLのCHClに溶解させた化合物(c)(0.260g,0.576mmol)をゆっくりと滴下し、還流温度で8時間攪拌した。塩化アンモニウム飽和水溶液を加えて反応を停止させ、ジクロロメタンにて抽出、NaSOを用いて乾燥させ、濃縮した。得られた固体に対してクロロホルム溶媒を用いて再結晶を行うことで、化合物(d)(0.1595g,0.379mmol,66%yield)を単離した。
H NMR(300MHz,CDCl)δ7.91(2H,dd,J=3.5,6.5Hz),7.65(2H,s),7.58(2H,dd,J=3.3,6.6Hz),6.85(2H,dd,J=3.3,5.7Hz),6.60(2H,dd,J=3.3,5.7Hz).
19F NMR(283MHz,CDCl)δ−53.81(d,J=9.1Hz).
13C NMRは、化合物が難溶なため測定できなかった。
IR(KBr)3461,3067,2909,2812,1549,1442,1378,1333,1274,1217,1178,1139,1015,914,678,607,566,504,488.
m.p. 165−190℃ decompose
HRMS(ESI+,m/z):[M+H]calcdfor C2011,421.0888;Found,421.0866.
PPh 3 (0.680 g, 2.6 mmol), Br P + Ph 3 (0.889 g, 2.6 mmol), CHCl 3 (5 mL) were placed in an Ar-substituted (50 mL) eggplant flask, and the reaction solution was 0. Cooled to ° C. To this solution, compound (c) (0.260 g, 0.576 mmol) dissolved in 10 mL of CHCl 3 was slowly added dropwise and stirred at reflux temperature for 8 hours. The reaction was quenched with saturated aqueous ammonium chloride, extracted with dichloromethane, dried using Na 2 SO 4 and concentrated. Compound (d) (0.1595 g, 0.379 mmol, 66% yield) was isolated by recrystallization of the obtained solid using a chloroform solvent.
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 7.91 (2H, dd, J = 3.5, 6.5 Hz), 7.65 (2H, s), 7.58 (2H, dd, J = 3.3) , 6.6 Hz), 6.85 (2H, dd, J = 3.3, 5.7 Hz), 6.60 (2H, dd, J = 3.3, 5.7 Hz).
19 F NMR (283 MHz, CDCl 3 ) δ-53.81 (d, J = 9.1 Hz).
13 C NMR could not be measured because the compound was hardly soluble.
IR (KBr) 3461, 3067, 2909, 2812, 1549, 1442, 1378, 1333, 1274, 1217, 1178, 1139, 1015, 914, 678, 607, 566, 504, 488.
m. p. 165-190 ° C decompose
HRMS (ESI +, m / z): [M + H] + calcdfor C 20 H 11 F 6 N 4 , 421.0888; Found, 421.0866.

化合物(e)(5,7,12,14−tetraaza−6,13−bis(trifluoromethyl)pentacene)の製造   Production of Compound (e) (5,7,12,14-tetraaza-6,13-bis (trifluoromethyl) pentacene)

Figure 2015155381
Figure 2015155381

Ar置換した50mL二口ナスフラスコに、化合物(d)(0.191g,0.453mmol)、CHCl(10mL)を入れ、凍結脱気を行った。MnO(0.584g,6.795mmol)をすばやく入れ、還流温度で5時間攪拌した。セライト濾過を行うことでMnOを除去し、溶液を濃縮した。得られた固体に対してMeOH:CHCl=1:1溶媒を用いて再結晶を行うことで、化合物(e)(0.1644g,0.393mmol,87%yield)を単離した。
H NMR(300MHz,CDCl)δ8.25(4H,dd,J=3.6,6.9Hz),7.92(4H,dd,J=3.3,7.2Hz).
19F NMR(283MHz,CDCl)δ−50.02(s).
13C NMRは、化合物が難溶なため測定できなかった。
IR(KBr)3476,3235,3127,3084,3040,2958,2917,2848,2384,2269,1960,1831,1725,1621,1581,1526,1460,1434,1385,1345,1229,1200,1127,1040,919,704,612.
m.p.>200℃ decompose
HRMS(ESI+,m/z):[M+H]calcd for C20,419.0731;Found,421.0711.
Compound (d) (0.191 g, 0.453 mmol) and CHCl 3 (10 mL) were placed in an Ar-substituted 50 mL two-necked eggplant flask and subjected to freeze deaeration. MnO 2 (0.584 g, 6.795 mmol) was quickly added and stirred at reflux temperature for 5 hours. Celite filtration was performed to remove MnO 2 and the solution was concentrated. The resulting solid was recrystallized using a solvent of MeOH: CHCl 3 = 1: 1 to isolate compound (e) (0.1644 g, 0.393 mmol, 87% yield).
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 8.25 (4H, dd, J = 3.6, 6.9 Hz), 7.92 (4H, dd, J = 3.3, 7.2 Hz).
19 F NMR (283 MHz, CDCl 3 ) δ-50.02 (s).
13 C NMR could not be measured because the compound was hardly soluble.
IR (KBr) 3476, 3235, 3127, 3084, 3040, 2958, 2917, 2848, 2384, 2269, 1960, 1831, 1725, 1621, 1581, 1526, 1460, 1434, 1385, 1345, 1229, 1200, 1127, 1040, 919, 704, 612.
m. p. > 200 ° C decompose
HRMS (ESI +, m / z ): [M + H] + calcd for C 20 H 9 F 6 N 4, 419.0731; Found, 421.0711.

(参考例1)
5,7,11,14−tetraaza−6,13−bis(pentafluoroethyl)−pentacene−6,13−diol(化合物(f))の製造方法
(Reference Example 1)
5,7,11,14-tetraaza-6,13-bis (pentafluoroethyl) -pentacene-6,13-diol (compound (f))

Figure 2015155381
Figure 2015155381

CsF(0.060g,0.4mmol)を入れた50mL二口ナスフラスコに化合物(b)(0.312g,1.0mmol)、THF(6mL)を入れ、反応溶液を0℃に冷却した。CTMS(0.437g,2.2mmol)をゆっくりと滴下し、60℃で16時間攪拌した。塩化アンモニウム飽和水溶液を用いて反応を停止させたのち、酢酸エチル(20mL)を用いて3回抽出し、NaSOで乾燥させ、濃縮した。得られた固体にTHF(10mL)を入れ、0℃に冷却した。TBAF(1.2mL,1.2mmol)をゆっくりと滴下し、0℃で3時間攪拌した。塩化アンモニウム飽和水溶液を用いて反応を停止させたのち、酢酸エチル(20mL)を用いて3回抽出し、NaSOで乾燥させ、濃縮した。ヘキサン:酢酸エチル=2:1の展開溶媒にてカラムクロマトグラフィーを行うことで化合物(f)(0.0357g,0.068mmol,7%yield)を得た。
H NMR(300MHz,CDCl)δ8.39(4H,dd,J=3.5,6.5Hz),8.02(4H,dd,J=3.6,6.3Hz),5.41(2H,s).
19F NMR(283MHz,CDCl)δ−79.84(3F,s),−121.41(2F,s).
13C NMRは、化合物が難溶なため測定できなかった。
IR(KBr)3466,3073,3056,2924,2852,1994,1966,1849,1737,1653,1612,1551,1485,1466,1405,1343,1281,1227,1205,1171,1159,1009,992,880,769,620.
m.p. 252.2°C
HRMS(ESI+,m/z):[M+H]calcd for C221010,553.0722;Found,553.0714.
Compound (b) (0.312 g, 1.0 mmol) and THF (6 mL) were placed in a 50 mL two-necked eggplant flask containing CsF (0.060 g, 0.4 mmol), and the reaction solution was cooled to 0 ° C. C 2 F 5 TMS (0.437 g, 2.2 mmol) was slowly added dropwise and stirred at 60 ° C. for 16 hours. The reaction was quenched with a saturated aqueous ammonium chloride solution, extracted three times with ethyl acetate (20 mL), dried over Na 2 SO 4 and concentrated. THF (10 mL) was added to the obtained solid and cooled to 0 ° C. TBAF (1.2 mL, 1.2 mmol) was slowly added dropwise and stirred at 0 ° C. for 3 hours. The reaction was quenched with a saturated aqueous ammonium chloride solution, extracted three times with ethyl acetate (20 mL), dried over Na 2 SO 4 and concentrated. Compound (f) (0.0357 g, 0.068 mmol, 7% yield) was obtained by column chromatography using a developing solvent of hexane: ethyl acetate = 2: 1.
1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 8.39 (4H, dd, J = 3.5, 6.5 Hz), 8.02 (4H, dd, J = 3.6, 6.3 Hz), 5.41 (2H, s).
19 F NMR (283 MHz, CDCl 3 ) δ-79.84 (3F, s), -121.41 (2F, s).
13 C NMR could not be measured because the compound was hardly soluble.
IR (KBr) 3466, 3073, 3056, 2924, 2852, 1994, 1966, 1849, 1737, 1653, 1612, 1551, 1485, 1466, 1405, 1343, 1281, 1227, 1205, 1171, 1159, 1009, 992, 880, 769, 620.
m. p. 252.2 ° C
HRMS (ESI +, m / z ): [M + H] + calcd for C 22 H 10 F 10 N 4 O 2, 553.0722; Found, 553.0714.

<溶解性試験>
化合物のウェットプロセスへの適用性を検討するため、各種溶媒への溶解性試験を行った。実施例1の方法により得られた化合物(e)、比較例1として化合物(a)を使用し、比較例2として、縮合多環系化合物で環の数が同じ5環であるペンタセンを使用して、溶解性試験を行った。
具体的には、試料20mgを量りとり、室温で溶媒10gへの溶解性(0.2質量%)を目視により判断した。
溶媒の種類と結果を下記の表1に示す。表1において、○は可溶、×は不溶であったことを表す。なお、溶媒に「可溶」とは、溶媒温度が25℃において0.2質量%以上溶解したことを表す。
<Solubility test>
In order to examine the applicability of compounds to wet processes, solubility tests in various solvents were conducted. Compound (e) obtained by the method of Example 1, Compound (a) was used as Comparative Example 1, and pentacene, which is a condensed polycyclic compound and has the same number of rings, was used as Comparative Example 2. The solubility test was conducted.
Specifically, 20 mg of a sample was weighed, and the solubility (0.2% by mass) in 10 g of solvent at room temperature was judged visually.
The solvent types and results are shown in Table 1 below. In Table 1, ◯ represents soluble and x represents insoluble. Note that “soluble” in a solvent means that 0.2% by mass or more was dissolved at a solvent temperature of 25 ° C.

Figure 2015155381
Figure 2015155381

溶解性試験の結果、化合物(e)は化合物(a)やペンタセンと比較して、有機溶媒への高い溶解性を有することが明らかになった。これは、化合物(e)にトリフルオロメチル基を導入した効果であると考えられる。
この結果から、本発明に係る含フッ素芳香族化合物はウェットプロセスの適用が可能であると言える。
As a result of the solubility test, it was revealed that the compound (e) has higher solubility in organic solvents than the compound (a) and pentacene. This is considered to be an effect of introducing a trifluoromethyl group into the compound (e).
From this result, it can be said that the fluorine-containing aromatic compound according to the present invention can be applied to a wet process.

<有機半導体材料特性>
化合物(e)の有機半導体材料としての特性評価のため蒸着電界効果型トランジスタ(蒸着FET)素子を作製し、電界効果移動度(キャリア移動度)を求めた。以下に蒸着FET素子の作製方法と半導体特性の評価手法を以下に示す。
<Characteristics of organic semiconductor materials>
In order to evaluate the characteristics of the compound (e) as an organic semiconductor material, a deposited field effect transistor (deposited FET) element was fabricated, and field effect mobility (carrier mobility) was determined. A method for producing a vapor-deposited FET element and a method for evaluating semiconductor characteristics are shown below.

洗浄済みのシリコン酸化膜付きシリコン基板をn−オクチルトリクロロシランのトルエン溶液に浸漬させ、シリコン酸化膜表面を処理した。上記基板に対して、実施例1で得た化合物(e)を真空蒸着(背圧〜10−4Pa、蒸着レート0.1Å/s、基板温度25℃、膜厚:60nm)することにより、有機半導体層を形成した。 The cleaned silicon substrate with a silicon oxide film was immersed in a toluene solution of n-octyltrichlorosilane to treat the surface of the silicon oxide film. By vacuum-depositing the compound (e) obtained in Example 1 on the above substrate (back pressure 10 −4 Pa, deposition rate 0.1 Å / s, substrate temperature 25 ° C., film thickness: 60 nm), An organic semiconductor layer was formed.

この有機半導体層上部にシャドウマスクを用いて金を真空蒸着し(背圧〜10−4Pa、蒸着レート1〜2Å/s、膜厚:50nm)、ソース、ドレイン電極を形成した(チャネル長50μm、チャネル幅1mm)。電極とは異なる部位の有機半導体層及びシリコン酸化膜を削り取り、その部分に導電性ペースト(藤倉化成社製、ドータイトD−550)を付け溶媒を乾燥させた。このようにして、トップコンタクト・ボトムゲート構造の電界効果型トランジスタ(FET)素子を作製した。 Gold was vacuum-deposited on this organic semiconductor layer using a shadow mask (back pressure: 10 −4 Pa, deposition rate: 1 to 2 Å / s, film thickness: 50 nm), and source and drain electrodes were formed (channel length 50 μm). , Channel width 1 mm). The organic semiconductor layer and the silicon oxide film at portions different from the electrodes were scraped, and a conductive paste (Dotite D-550, manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was attached to the portions, and the solvent was dried. Thus, a field effect transistor (FET) element having a top contact / bottom gate structure was produced.

得られた蒸着FET素子の電気特性はAgilent社製の半導体デバイスアナライザーB1500Aを用いて真空中(<5×10−3Pa)で評価した。作製した蒸着FET素子のシリコン基板をゲート電極として用い、シリコン基板に電圧を印加し、ソース・ドレイン電極間の電流/電圧曲線をゲート電圧をスキャンさせて測定した。
その結果、蒸着FET素子のゲート電圧によるドレイン電流のon/off動作が観測され、このドレイン電流/ゲート電圧の傾きから電界効果移動度(キャリア移動度)を求めた。化合物(e)を用いて形成した有機半導体素子は、n型トランジスタ素子としての特性を示した。この有機薄膜トランジスタの電流−電圧特性における飽和領域から、キャリア移動度を求めたところ、真空中で4.8×10−6cm/V・sを示した。
The electrical characteristics of the obtained vapor-deposited FET element were evaluated in vacuum (<5 × 10 −3 Pa) using a semiconductor device analyzer B1500A manufactured by Agilent. Using the silicon substrate of the vapor deposition FET element thus produced as a gate electrode, a voltage was applied to the silicon substrate, and the current / voltage curve between the source and drain electrodes was measured by scanning the gate voltage.
As a result, on / off operation of the drain current due to the gate voltage of the deposited FET element was observed, and the field effect mobility (carrier mobility) was obtained from the slope of the drain current / gate voltage. The organic semiconductor element formed using the compound (e) exhibited characteristics as an n-type transistor element. When the carrier mobility was determined from the saturation region in the current-voltage characteristics of the organic thin film transistor, it was 4.8 × 10 −6 cm 2 / V · s in vacuum.

本発明は、ドライプロセス・ウェットプロセスのいずれにも使用可能で、高移動度が期待される含フッ素芳香族化合物を含む有機半導体材料及び新規な含フッ素芳香族化合物を提供する。
本発明によれば、縮合芳香環化合物をコアとして、含フッ素アルキル基を導入することで、有機溶媒への可溶化を図り、有機半導体材料として高いキャリア移動度がある含フッ素芳香族化合物が得られる。
さらにコア(主骨格)部分の一部を窒素原子にすることで、化合物のHOMOレベルを低下し、耐酸化性を向上させることが可能となる。
本発明の化合物を含む有機半導体材料は、有機半導体(薄膜)トランジスタ、次世代フラットパネルディスプレイ用の有機EL素子、及び軽量かつフレキシブル電源としての有機薄膜太陽電池等へ利用されうる。
The present invention provides an organic semiconductor material containing a fluorine-containing aromatic compound that can be used in either a dry process or a wet process and is expected to have high mobility, and a novel fluorine-containing aromatic compound.
According to the present invention, by introducing a fluorine-containing alkyl group with a condensed aromatic ring compound as a core, solubilization in an organic solvent is achieved, and a fluorine-containing aromatic compound having high carrier mobility is obtained as an organic semiconductor material. It is done.
Furthermore, by making a part of the core (main skeleton) part a nitrogen atom, the HOMO level of the compound can be lowered and the oxidation resistance can be improved.
The organic semiconductor material containing the compound of the present invention can be used for organic semiconductor (thin film) transistors, organic EL elements for next-generation flat panel displays, and organic thin film solar cells as lightweight and flexible power supplies.

Claims (11)

下式(A)で表される含フッ素芳香族化合物又は式(B)で表される含フッ素芳香族化合物。
Figure 2015155381
[上記式中、
f1〜Rf6は各々独立して、炭素数1〜12の含フッ素アルキル基である。
〜Xは各々独立して、窒素原子又はCHである。
Rはハロゲン原子又は炭素数1〜12のアルキル基である。
nは0〜4の整数である。
mは0〜2の整数である。]
A fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (A) or a fluorine-containing aromatic compound represented by the formula (B).
Figure 2015155381
[In the above formula,
R f1 to R f6 are each independently a fluorine-containing alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
X 1 to X 4 are each independently a nitrogen atom or CH.
R is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
n is an integer of 0-4.
m is an integer of 0-2. ]
前記式(A)で表される含フッ素芳香族化合物が、下記式(A2)で表される含フッ素芳香族化合物である、請求項1に記載の含フッ素芳香族化合物。
Figure 2015155381
[上記式中、Rf1、R、nは前記と同じ意味を示す。]
The fluorine-containing aromatic compound according to claim 1, wherein the fluorine-containing aromatic compound represented by the formula (A) is a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (A2).
Figure 2015155381
[Wherein R f1 , R, and n have the same meaning as described above. ]
前記式(B)で表される含フッ素芳香族化合物が、下記式(B2)で表される含フッ素芳香族化合物である、請求項1に記載の含フッ素芳香族化合物。
Figure 2015155381
[上記式中、Rf3、X〜X、R及びmは前記と同じ意味を示す。]
The fluorine-containing aromatic compound according to claim 1, wherein the fluorine-containing aromatic compound represented by the formula (B) is a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (B2).
Figure 2015155381
[Wherein R f3 , X 1 to X 4 , R and m have the same meaning as described above. ]
下式で表される化合物。
Figure 2015155381
A compound represented by the following formula:
Figure 2015155381
請求項1〜4のいずれか1項に記載の含フッ素芳香族化合物を含む有機半導体材料。   The organic-semiconductor material containing the fluorine-containing aromatic compound of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載の有機半導体材料を含む有機半導体薄膜。   An organic semiconductor thin film comprising the organic semiconductor material according to claim 5. 前記有機半導体薄膜が結晶性の薄膜である請求項6に記載の有機半導体薄膜。   The organic semiconductor thin film according to claim 6, wherein the organic semiconductor thin film is a crystalline thin film. 半導体層として、請求項7に記載の有機半導体薄膜の層を含む有機半導体素子。   The organic-semiconductor element containing the layer of the organic-semiconductor thin film of Claim 7 as a semiconductor layer. 請求項8に記載の有機半導体素子を含む有機半導体トランジスタ。   An organic semiconductor transistor comprising the organic semiconductor element according to claim 8. 下式(A1)で表される化合物を式Rf1−Si(CHで表される化合物と反応させて下式(A1−1)で表される化合物を得て、該式(A1−1)で表される化合物を脱保護処理して下式(A1−2)で表される化合物を得て、該式(A1−2)で表される化合物を芳香族化及び酸化させる、下式(A2)で表される含フッ素芳香族化合物の製造方法。
Figure 2015155381
[上記式中、
f1は炭素数1〜12の含フッ素アルキル基である。
Rはハロゲン原子、又は炭素数1〜12のアルキル基である。
nは0〜4の整数である。]
A compound represented by the following formula (A1) is reacted with a compound represented by the formula R f1 —Si (CH 3 ) 3 to obtain a compound represented by the following formula (A1-1). -1) to obtain a compound represented by the following formula (A1-2) by deprotection treatment, and aromatize and oxidize the compound represented by the formula (A1-2). A method for producing a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (A2).
Figure 2015155381
[In the above formula,
R f1 is a fluorine-containing alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
R is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
n is an integer of 0-4. ]
下式(B1)で表される化合物を式Rf3−Si(CHで表される化合物と反応させて下式(B1−1)で表される化合物を得て、該式(B1−1)で表される化合物を脱保護処理して下式(B1−2)で表される化合物を得て、該式(B1−2)で表される化合物を芳香族化及び酸化させる、下式(B2)で表される含フッ素芳香族化合物の製造方法。
Figure 2015155381
[上記式中、
f3は、炭素数1〜12の含フッ素アルキル基である。
〜Xは各々独立して、窒素原子又はCHである。
Rはハロゲン原子、又は炭素数1〜12のアルキル基である。
mは0〜2の整数である。]
A compound represented by the following formula (B1) is reacted with a compound represented by the formula R f3 —Si (CH 3 ) 3 to obtain a compound represented by the following formula (B1-1). -1) to obtain a compound represented by the following formula (B1-2) by deprotection treatment, and aromatize and oxidize the compound represented by the formula (B1-2). A method for producing a fluorine-containing aromatic compound represented by the following formula (B2).
Figure 2015155381
[In the above formula,
R f3 is a fluorine-containing alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
X 1 to X 4 are each independently a nitrogen atom or CH.
R is a halogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
m is an integer of 0-2. ]
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