JP2015513572A - 有機半導体ポリマー - Google Patents

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Abstract

本発明は、ジチエノ[3,2−b;2\3’−d]チオフェン(IDDTT)、シクロペンタ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン(IDCDT)、又はそれらの誘導体と各末端で対称的に縮合されたs−インダセンから誘導される1つ以上のモノマーを含有する新規な有機半導体ポリマー、それらの調製のための方法及びそれに使用される遊離体又は中間体、それらを含有するポリマーブレンド、混合物及び配合物、有機電子(OE)デバイス、特に、有機光起電(OPV)デバイス及び有機光検出器(OPD)中の半導体としてのポリマー、ポリマーブレンド、混合物及び配合物の使用、ならびにこれらのポリマー、ポリマーブレンド、混合物及び配合物を含むOE、OPV及びOPDデバイスに関する。

Description

本発明は、ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]チオフェン(IDDTT:dithieno[3,2−b;2’,3’−d]thiophene)、シクロペンタ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン(IDCDT:cyclopenta[2,1−b;3,4−b’]dithiophene)、又はそれらの誘導体と各末端で対称的に縮合されたs−インダセンから誘導される1つ以上のモノマーを含有する新規な有機半導体ポリマー、それらの調製のための方法及びそれに使用される遊離体又は中間体、それらを含有するポリマーブレンド、混合物及び配合物、有機電子(OE)デバイス、特に、有機光起電(OPV)デバイス及び有機光検出器(OPD)中の半導体としてのポリマー、ポリマーブレンド、混合物及び配合物の使用、ならびにこれらのポリマー、ポリマーブレンド、混合物及び配合物を含むOE、OPV及びOPDデバイスに関する。
有機半導体(OSC)材料は、主に、近年のその急速な発展及び有機エレクトロニクスの有利な商業的展望のため、より大きな関心を集めている。
1つの重要な特定の分野は、有機光起電(OPV)である。共役ポリマーは、デバイスが、スピンキャスト、浸漬コーティング又はインクジェット印刷などの溶液処理技術によって製造されるのを可能にするため、OPVに利用される。溶液処理は、無機薄膜デバイスを作製するのに使用される蒸発技術と比較して、より低コストでかつより大きな規模で行われ得る。現在、ポリマーベースの光起電デバイスは、8%を超える効率を達成している。
理想的な溶液処理可能なOSC分子を得るために、第1に、骨格を形成するための硬質のπ共役コアユニット、及び第2に、OSC骨格中の芳香族コアユニットに結合される好適な官能基という2つの基本的な特徴が不可欠である。前者は、π−π積み重ねを伸張し、最高被占分子軌道及び最低空分子軌道(HOMO及びLUMO)の一次エネルギーレベルを規定し、電荷の注入及び輸送の両方を可能にし、光吸収を促進する。後者は、エネルギーレベルをさらに微調整し、材料の溶解性、ひいては加工性ならびに固体状態における分子骨格のπ−π相互作用を可能にする。
高度な分子平面性が、OSC骨格のエネルギーの乱れを減少させ、したがって、電荷担体移動度を高める。芳香環の直線的な縮合は、OSC分子の伸張されたπ−π共役による最大の平面性を達成する効率的な方法である。したがって、高い電荷担体移動度を有する公知のポリマーOSCのほとんどは、一般に、縮合環芳香族系から構成され、固体状態で半結晶性である。一方、このような縮合芳香環系は、合成しにくいことが多く、また、有機溶媒への低い溶解性を示すことが多く、それにより、OEデバイスに使用するための薄膜としてのそれらの処理がより難しくなる。また、先行技術において開示されるOSC材料は、それらの電子特性に関してさらなる改良の余地をまだ残している。
このため、特に、大量生産に好適な方法によって合成するのが容易であり、良好な構造機構及び塗膜形成特性を示し、良好な電子特性、特に、高い電荷担体移動度、良好な加工性、特に、有機溶媒への高い溶解性、及び高い空気中安定性を示す有機半導体(OSC)ポリマーが依然として必要とされている。特に、OPV電池に使用するために、光活性層による向上した集光を可能にし、先行技術のポリマーと比較して、より高い電池効率につながり得る、低いバンドギャップを有するOSC材料が必要とされている。
本発明の目的は、特に、大量生産に好適な方法によって合成するのが容易であり、良好
な加工性、高い安定性、有機溶媒への良好な溶解性、高い電荷担体移動度、及び低いバンドギャップを特に示す、有機半導体材料として使用するための化合物を提供することであった。本発明の別の目的は、当業者に入手可能なOSC材料のプールを拡張することであった。本発明の他の目的は、以下の詳細な説明から当業者に直ちに明白である。
本発明の発明者らは、上記の目的の1つ以上が、ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]チオフェン(IDDTT)、シクロペンタ[2,1−b;3,4−b’]ジチオフェン(IDCDT)、又はそれらの誘導体と各末端で対称的に縮合されたs−インダセンから誘導される1つ以上のモノマーを含有する共役ポリマーを提供することによって達成され得ることを見出した。これは、大きい縮合環系を形成しようとするときに直面する合成しにくさを克服することによって可能になった。意外なことに、これらの拡大された縮合環系、及びそれらを含有するポリマーが、有機溶媒への十分な溶解性を依然として示し、アルキル又はアルキリデン置換基をインダセン単位に導入することによってさらに改良することもできることも分かった。ホモポリマー及びコポリマーの両方が、公知の遷移金属で触媒される重縮合反応によって調製され得る。本発明に係るポリマーが、向上した電荷移動度につながる向上した平面性を有することも分かった。結果として、本発明のポリマーは、トランジスタ用途及び光起電用途の両方に使用するための溶液処理可能な有機半導体の魅力的な候補であることが分かった。縮合芳香環系における置換基のさらなる変化によって、モノマー及びポリマーの溶解性及び電子特性が、さらに最適化され得る。
本発明に開示され、以下に権利請求されるような、骨格中に、高度に縮合された系を含有する共役ポリマーは、先行技術においてこれまで報告されていない。(特許文献1)には、以下に示される構造Iの小分子材料が開示されている。しかしながら、ポリマーは、これまで報告されていない。
特許文献2には、以下の構造IIにあるような直線的に縮合された多環式芳香族骨格を含有する小分子が開示されており、ここで、W、X、Y及びZの4つの基のうちの1つが、置換フェニルアミノ基である必要がある。同様に、これらの構造を用いたポリマーは、これまで報告されていない。
英国特許出願公開第2472413A号明細書 米国特許出願公開第2011/166362A1号明細書
本発明は、式I
(式中、
及びWが、互いに独立して、C(R)、C=C(R)、Si(R)又はC=Oであり、
及びXが、互いに独立して、S、C(R)、Si(R)、C=C(R)又はC=Oであり、
及びTのうちの一方がSであり、他方がCHであり、
1〜4が、互いに独立して、H、1〜30個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状又は環状アルキルを表し、O及び/又はS原子が、互いに直接連結されないように、1つ以上の非隣接CH基が、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−NR−、−SiR00−、−CF−、−CHR=CR00−、−CY=CY−又は−C≡C−で任意選択的に置換され、1つ以上のH原子が、F、Cl、Br、I又はCNで任意選択的に置換され、又は好適には、上記のアルキル又は環状アルキル基のうちの1つ以上で任意選択的に置換される、4〜20個の環原子を有するアリール、ヘテロアリール、アリールオキシ又はヘテロアリールオキシを表し、
及びYが、互いに独立して、H、F、Cl又はCNであり、
及びR00が、互いに独立して、H又は任意選択的に置換されるC1〜40カルビル又はヒドロカルビルであり、好適には、H又は1〜12個のC原子を有するアルキルを表す)
の1つ以上の繰返し単位を含む共役ポリマーに関する。
本発明は、式Iの単位を含む1つ以上のポリマーと、好適には、有機溶媒から選択される1つ以上の溶媒とを含む配合物にさらに関する。
本発明は、有機半導体ポリマー中の電子供与体単位としての式Iの単位の使用にさらに関する。
本発明は、式Iの1つ以上の繰返し単位及び/又は任意選択的に置換されるアリール及びヘテロアリール基から選択される1つ以上の基を含む共役ポリマーにさらに関し、ここで、ポリマー中の少なくとも1つの繰返し単位が、式Iの単位である。
本発明は、式Iの単位を含有し、上記及び以下に記載される共役ポリマーを形成するよ
うに反応され得る1つ以上の反応基をさらに含有するモノマーにさらに関する。
本発明は、電子供与体単位としての式Iの1つ以上の単位を含み、好適には、電子受容体特性を有する1つ以上の単位をさらに含む半導体ポリマーにさらに関する。
本発明は、電子供与体又はp型半導体としての、本発明に係るポリマーの使用にさらに関する。
本発明は、半導体材料、配合物、ポリマーブレンド、デバイス又はデバイスの構成要素中の電子供与体成分としての本発明に係るポリマーの使用にさらに関する。
本発明は、電子供与体成分としての本発明に係るポリマーを含み、好適には、電子受容体特性を有する1つ以上の化合物又はポリマーをさらに含む、半導体材料、配合物、ポリマーブレンド、デバイス又はデバイスの構成要素にさらに関する。
本発明は、本発明に係る1つ以上のポリマーと、半導体、電荷輸送、正孔もしくは電子輸送、正孔もしくは電子阻止、導電、光伝導又は発光特性のうちの1つ以上を有する化合物から好適には選択される1つ以上のさらなる化合物とを含む混合物又はポリマーブレンドにさらに関する。
本発明は、本発明の1つ以上のポリマーと、好適には、フラーレン又は置換フラーレンから選択される1つ以上のn型有機半導体化合物とを含む、上記及び以下に記載される混合物又はポリマーブレンドにさらに関する。
本発明は、本発明に係る1つ以上のポリマー、配合物、混合物又はポリマーブレンドと、任意選択的に、好適には、有機溶媒から選択される1つ以上の溶媒とを含む配合物にさらに関する。
本発明は、電荷輸送、半導体、導電、光伝導もしくは発光材料としての、又は光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンスもしくは光輝性デバイスにおける、又はこのようなデバイスの構成要素における又はこのようなデバイスもしくは構成要素を含む組立体における、本発明のポリマー、配合物、混合物又はポリマーブレンドの使用にさらに関する。
本発明は、本発明に係るポリマー、配合物、混合物又はポリマーブレンドを含む、電荷輸送、半導体、導電、光伝導又は発光材料にさらに関する。
本発明は、ポリマー、配合物、混合物又はポリマーブレンドを含むか、又は本発明に係る、電荷輸送、半導体、導電、光伝導又は発光材料を含む、光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンスもしくは光輝性デバイス、又はそれらの構成要素、又はそれを含む組立体にさらに関する。
光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンス及び光輝性デバイスとしては、以下に限定はされないが、有機電界効果トランジスタ(OFET)、有機薄膜トランジスタ(OTFT)、有機発光ダイオード(OLED)、有機発光トランジスタ(OLET)、有機光起電デバイス(OPV)、有機光検出器(OPD)、有機太陽電池、レーザーダイオード、ショットキーダイオード及び光伝導体が挙げられる。
上記のデバイスの構成要素としては、以下に限定はされないが、電荷注入層、電荷輸送層、中間層、平坦化層、帯電防止フィルム、ポリマー電解質膜(PEM)、導電性基板及び導電性パターンが挙げられる。
このようなデバイス又は構成要素を含む組立体としては、以下に限定はされないが、集
積回路(IC)、無線自動識別(RFID)タグ又はセキュリティマーキングもしくはそれらを含むセキュリティデバイス、フラットパネルディスプレイ又はそのバックライト、電子写真デバイス、電子写真記録デバイス、有機記憶デバイス、センサデバイス、バイオセンサ及びバイオチップが挙げられる。
さらに、本発明の化合物、ポリマー、配合物、混合物又はポリマーブレンドは、電池中の電極材料として及びDNA配列を検出及び識別するための構成要素又はデバイスにおいて使用され得る。
本発明のポリマーは、合成するのが容易であり、有利な特性を示す。それらは、デバイス製造プロセスのための良好な加工性、有機溶媒への高い溶解性を示し、溶液処理方法を用いた大量生産に特に好適である。同時に、本発明のモノマー及び電子供与体モノマーから誘導されるコポリマーは、低いバンドギャップ、高い電荷担体移動度、BHJ太陽電池における高い外部量子効率、例えばフラーレンとのp/n型ブレンドに使用される際の良好なモルホロジー、高い酸化安定性、及び電子デバイスにおける長い耐用期間を示し、有機電子OEデバイス、特に、高い電力変換効率を有するOPVデバイスのための有望な材料である。
式Iの単位は、n型及びp型半導体化合物の両方における(電子)供与体単位、供与体及び受容体単位の両方を含有するポリマー又はコポリマー、特に、コポリマーとして、及びBHJ光起電デバイスに使用するのに好適なp型及びn型半導体のブレンドの調製のために特に好適である。
式Iの繰返し単位は、新規な高性能OSC材料を開発する際に多くの利点を生じる、縮合芳香環の拡大された系を含有する。第1に、コア構造の長軸に沿った多数の縮合芳香環が、全体的な平面性を増加させ、共役分子骨格の潜在的な捩れの数を減少させる。π−π構造又はモノマーの伸張は、ポリマー主鎖に沿って電荷輸送を促進する共役の程度を増大させる。第2に、縮合チオフェン環の存在による分子骨格中の硫黄原子の高い割合は、より多くの分子間の短接触を促進し、これは、分子間の電荷ホッピングに有利に働く。第3に、多数の縮合環が、OSCポリマー主鎖中のはしご型構造の割合を増加させる。これにより、より広くかつ強い吸収帯が生じ、先行技術の材料と比較して、太陽光の集光が向上される。最後ではないが、さらに、縮合した芳香環は、周辺置換基と比較して、標的モノマー構造のHOMO及びLUMOエネルギーレベル及びバンドギャップをより効率的に改良することができる。
その上、本発明のポリマーは、以下の有利な特性を示す:
i)IDDTT及びIDCDTモノマー及び得られるポリマーは、2つの異なる合成プロトコル、すなわち、テトラアルキル置換及びジアルキリデン置換によって可溶化され得る。前者は、アルカリ性条件下で、ハロゲン化アルキルを非置換のコア構造と反応させることによって達成され得る。あるいは、この可溶化された構造は、テトラアルキル化ジオール中間体の閉環によって合成され得る一方、後者は、様々なカルボニル化合物とのクネーフェナーゲル縮合によって得られる。
ii)可溶化されたIDCDTは、例えば、N−ハロスクシンイミド、ハロゲン元素によるハロゲン化によって、又はアルキルリチウム及びリチウムアミドによるリチウム化によって、末端位置で容易に官能性化され、次に、ハロゲン化剤、ホウ酸アルキル、トリアルキルスタンニルクロリド又は塩化亜鉛と反応され得る。これらの官能性化された誘導体は、山本反応(山本ら著、日本化学会欧文誌(Bull.,Chem.Soc.Jpn.)、1978年、51(7)、2091;山本ら著、マクロモレキュールズ(Macro
molecules)、1992年、25(4)、1214)、鈴木・宮浦反応(宮浦ら著、ケミカル・レビューズ(Chem.Rev.)、1995年、95、2457)及びスティル反応(バオ(Bao)ら著、米国化学会誌(J.Am.,Chem.,Soc)、1995年、117(50)、12426)などの遷移金属で触媒されるカップリング方法によって、多種多様な新規なホモポリマー及びコポリマーを調製するのに使用され得る。
iii)共役ポリマーの光電子特性は、連続した繰返し単位間で伸張された共役の程度及びポリマー主鎖内に内在する電子の密度に基づいて大きく変化する。s−インダセノジチオフェンの長軸に沿ってさらなる芳香環を縮合することによって、得られる分子及び結果的にポリマーのπ−共役が、伸張され得、骨格中の繰返し単位間の(inter−repeating unit)捩れの数が、さらに減少され得る。これは、理論上、新規な有機半導体ポリマーを設計する際に、HOMO−LUMOレベル及びバンドギャップを改良する最も効率的な方法の1つである。
iv)IDDTT及びIDCDTコア構造は、4つのアルキル基又は2つのアルキリデン基の両方によって可溶化され得る。テトラアルキル類似体と比較して、ジアルキリデンで置換されたIDCDTベースの分子及びポリマーは、高度の平面性を有することが予測される。これは、アルキリデン中のsp炭素原子が、アルキル鎖に面内配置を取らせることによる。この配置により、π−π骨格の面内分離が減少され、分子間のπ−π相互作用の程度が向上される。
v)公知のテトラアルキル−s−インダセノジチオフェンと同様に、本発明のテトラアルキル及びジアルキリデンIDDTT及びIDCDTもπ−供与体単位である。πー受容性モノマーと共重合されると、低バンドギャップ共役ポリマーが合成され、これは、有機光起電太陽電池に使用するための潜在的な候補である。
vi)π−電子受容単位のLUMOレベルを微調整することによって、テトラアルキル及びジアルキリデンIDDTT及びIDCDT及び好適な受容体単位を用いて合成される供与体−受容体ポリマーは、電界効果トランジスタ中で両極性の電荷輸送挙動を示し得る。
本明細書にさらに示されるように、式Iの単位、その官能性誘導体、化合物、ホモポリマー、及びコポリマーの合成は、文献に記載される、当業者に公知の方法に基づいて行われ得る。
上記及び以下において、「ポリマー」という用語は、一般に、高い相対分子量の分子を意味し、その構造は、実際に又は概念的に、低い相対分子量の分子から誘導される単位の多重反復を本質的に含む(ピュア・アプライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)、1996年、68、2291)。「オリゴマー」という用語は、一般に、中間の相対的分子量の分子を意味し、その構造は、実際に又は概念的に、より低い相対分子量の分子から誘導される小さい複数の単位を本質的に含む(ピュア・アプライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)、1996年、68、2291)。本発明に係る好適な意味では、ポリマーは、1つより多い、すなわち、少なくとも2つの繰返し単位、好適には、5つ以上の繰返し単位を有する化合物を意味し、オリゴマーは、1つより多く10個未満、好適には、5つ未満の繰返し単位を有する化合物を意味する。
上記及び以下において、式I及びその部分式のような、単位又はポリマーを示す式中、星印(「」)は、隣接する単位又は基に対する連結を表し、ポリマーの場合、隣接する繰返し単位に対する又はポリマー鎖中の末端基に対する連結を表す。
「繰返し単位」及び「モノマー単位」という用語は、構成繰返し単位(CRU)を意味し、これは、その繰返しが、規則的な高分子、規則的なオリゴマー分子、規則的なブロック又は規則的な鎖を構成する最小構成単位である(ピュア・アプライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)、1996年、68、2291)。
「小分子」という用語は、典型的に、反応基(それによって、モノマー化合物が反応されて、ポリマーが形成され得る)を含有せず、単量体形態で使用されるように設計されるモノマー化合物を意味する。それに対し、「モノマー」という用語は、特に記載されない限り、1つ以上の反応性官能基(それによって、モノマー化合物が反応されて、ポリマーが形成され得る)を有するモノマー化合物を意味する。
「供与体/供与」及び「受容体/受容」という用語は、特に記載されない限り、それぞれ、電子供与体又は電子受容体を意味する。「電子供与体」は、別の化合物又は化合物の原子の別の基に電子を供与する化学物質を意味する。「電子受容体」は、別の化合物又は化合物の原子の別の基からそれに輸送された電子を受容する化学物質を意味する(米国環境保護庁(U.S.Environmental Protection Agency)、2009年、専門用語の用語集(Glossary of technical terms)、http://www.epa.gov/oust/cat/TUMGLOSS.HTMも参照されたい)。
「脱離基」という用語は、所定の反応に関与する分子の残基又は主要部分であると考えられるものの中の原子から脱離する(荷電又は非荷電の)原子又は基を意味する(ピュア・アプライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)、1994年、66、1134も参照されたい)。
「共役」という用語は、sp−混成を(又は任意選択的に、sp−混成も)有するC原子を主に含有する化合物を意味し、これはまた、ヘテロ原子で置換され得る。最も単純な場合、これは、例えば、交互のC−C単結合及び二重(又は三重)結合を有する化合物であるが、1,4−フェニレンのような単位を有する化合物も含む。「主に」は、これに関連して、共役の中断をもたらし得る自然に(自発的に)発生する欠陥を有する化合物が、依然として共役化合物とみなされることを意味する。
特に記載されない限り、分子量は、数平均分子量M又は重量平均分子量Mとして示され、これは、テトラヒドロフラン、トリクロロメタン(TCM、クロロホルム)、クロロベンゼン又は1,2,4−トリクロロ−ベンゼンなどの溶離剤溶媒中のポリスチレン標準に対して、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって測定される。特に記載されない限り、1,2,4−トリクロロベンゼンが、溶媒として使用される。繰返し単位の総数nとしても示される重合度は、n=M/Mとして示される数平均重合度を意味し、式中、Mが数平均分子量であり、Mが、単一の繰返し単位の分子量である(J.M.G.コウィー(J.M.G.Cowie)著、ポリマー:最新の材料の化学及び物理学(Polymers:Chemistry & Physics of Modern Materials)、ブラッキー(Blackie)、グラスゴー(Glasgow)、1991年を参照されたい)。
上記及び以下に使用される「カルビル基」という用語は、任意の非炭素原子(例えば−C≡C−のような)なしで、又は任意選択的に、N、O、S、P、Si、Se、As、Te又はGeなどの少なくとも1つの非炭素原子と組み合わせて(例えばカルボニルなど)、少なくとも1つの炭素原子を含む任意の一価又は多価の有機基部分を表す。「ヒドロカルビル基」という用語は、1つ以上のH原子をさらに含有し、例えば、N、O、S、P、
Si、Se、As、Te又はGeのような1つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含有するカルビル基を表す。
「ヘテロ原子」という用語は、H原子又はC原子でない、有機化合物中の原子を意味し、好適には、N、O、S、P、Si、Se、As、Te又はGeを意味する。
3つ以上のC原子の鎖を含むカルビル又はヒドロカルビル基は、スピロ及び/又は縮合環を含み、直鎖状、分枝鎖状及び/又は環状であり得る。
好適なカルビル及びヒドロカルビル基としては、それぞれが任意選択的に置換され、1〜40個、好適には、1〜25個、非常に好適には、1〜18個のC原子を有する、アルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ及びアルコキシカルボニルオキシ、さらに、6〜40個、好適には、6〜25個のC原子を有する、任意選択的に置換されるアリール又はアリールオキシ、さらに、それぞれが任意選択的に置換され、6〜40個、好適には、7〜40個のC原子を有する、アルキルアリールオキシ、アリールカルボニル、アリールオキシカルボニル、アリールカルボニルオキシ及びアリールオキシカルボニルオキシが挙げられ、全てのこれらの基は、好適には、N、O、S、P、Si、Se、As、Te及びGeから選択される1つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含有する。
カルビル又はヒドロカルビル基は、飽和もしくは不飽和の非環式基、又は飽和もしくは不飽和の環式基であり得る。不飽和の非環式又は環式基、特に、アリール、アルケニル及びアルキニル基(特に、エチニル)が好適である。C〜C40カルビル又はヒドロカルビル基が非環式である場合、基は、直鎖状又は分枝鎖状であり得る。C〜C40カルビル又はヒドロカルビル基は、例えば:C〜C40アルキル基、C〜C40フルオロアルキル基、C〜C40アルコキシ又はオキサアルキル基、C〜C40アルケニル基、C〜C40アルキニル基、C〜C40アリル基、C〜C40アルキルジエニル基、C〜C40ポリエニル基、C〜C40ケトン基、C〜C40エステル基、C〜C18アリール基、C〜C40アルキルアリール基、C〜C40アリールアルキル基、C〜C40シクロアルキル基、C〜C40シクロアルケニル基などが挙げられる。上記の基の中で好適なのは、それぞれ、C〜C20アルキル基、C〜C20フルオロアルキル基、C〜C20アルケニル基、C〜C20アルキニル基、C〜C20アリル基、C〜C20アルキルジエニル基、C〜C20ケトン基、C〜C20エステル基、C〜C12アリール基、及びC〜C20ポリエニル基である。例えば、シリル基、好適には、トリアルキルシリル基で置換される、アルキニル基、好適には、エチニルのような、炭素原子を有する基とヘテロ原子を有する基との組合せも含まれる。
アリール及びヘテロアリールは、好適には、4〜30個の環C原子を有する単環式、二環式又は三環式芳香族又は複素環芳香族基を表し、これは、縮合環も含んでいてもよく、1つ以上の基Lで任意選択的に置換され、ここで、Lが、ハロゲン、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)NR00、−C(=O)X、−C(=O)R、−NH、−NR00、−SH、−SR、−SOH、−SO、−OH、−NO、−CF、−SF、P−Sp−、任意選択的に置換されるシリル、又は任意選択的に置換され、1つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含む、1〜40個のC原子を有するカルビルもしくはヒドロカルビルから選択され、好適には、任意選択的にフッ素化される、1〜20個のC原子を有する、アルキル、アルコキシ、チアアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル又はアルコキシカルボニルオキシであり、R、R00、X、P及びSpが、上記及び以下に示される意味を有する。
非常に好適な置換基Lは、ハロゲン、最適には、F、又は1〜12個のC原子を有する、アルキル、アルコキシ、オキサアルキル、チオアルキル、フルオロアルキル及びフルオ
ロアルコキシ又は2〜12個のC原子を有する、アルケニル、アルキニルから選択される。
特に好適なアリール及びヘテロアリール基は、フェニルであり、このフェニルにおいて、さらに、1つ以上のCH基が、N、ナフタレン、チオフェン、セレノフェン、チエノチオフェン、ジチエノチオフェン、フルオレン及びオキサゾールで置換されてもよく、これらの全てが、上述されるように、非置換であるか、Lで一置換又は多置換され得る。非常に好適な環は、ピロール、好適には、N−ピロール、フラン、ピリジン、好適には、2−又は3−ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、トリアゾール、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、イソチアゾール、チアゾール、チアジアゾール、イソオキサゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、チオフェン好適には、2−チオフェン、セレノフェン、好適には、2−セレノフェン、チエノ[3,2−b]チオフェン、インドール、イソインドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾジチオフェン、キノール、2−メチルキノール、イソキノール、キノキサリン、キナゾリン、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾイソチアゾール、ベンズイソオキサゾール、ベンゾオキサジアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアジアゾールから選択され、これらの全てが、上述されるように、非置換であるか、Lで一置換又は多置換され得る。ヘテロアリール基のさらなる例は、下式から選択されるものである。
アルキル又はアルコキシ基(すなわち、末端CH基が−O−で置換される)は、直鎖状又は分枝鎖状であり得る。それは、好適には直鎖状であり、2、3、4、5、6、7又は8つの炭素原子を有し、したがって、好適には、例えば、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ヘプトキシ、又はオクトキシ、さらに、メチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシ又はテトラデコキシである。
1つ以上のCH基が−CH=CH−で置換されるアルケニル基は、直鎖状又は分枝鎖状であり得る。それは、好適には直鎖状であり、2〜10個のC原子を有し、したがって、好適には、ビニル、プロパ−1−、又はプロパ−2−エニル、ブタ−1−、2−又はブタ−3−エニル、ペンタ−1−、2−、3−又はペンタ−4−エニル、ヘキサ−1−、2−、3−、4−又はヘキサ−5−エニル、ヘプタ−1−、2−、3−、4−、5−又はヘプタ−6−エニル、オクタ−1−、2−、3−、4−、5−、6−又はオクタ−7−エニル、ノナ−1−、2−、3−、4−、5−、6−、7−又はノナ−8−エニル、デカ−1−、2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−又はデカ−9−エニルである。
特に好適なアルケニル基は、C〜C−1E−アルケニル、C〜C−3E−アルケニル、C〜C−4−アルケニル、C〜C−5−アルケニル及びC−6−アルケニル、特に、C〜C−1E−アルケニル、C〜C−3E−アルケニル及びC〜C−4−アルケニルである。特に好適なアルケニル基の例は、ビニル、1E−プロペニル、E−ブテニル、1E−ペンテニル、1E−ヘキセニル、1E−ヘプテニル、3−ブテニル、3E−ペンテニル、3E−ヘキセニル、3E−ヘプテニル、4−ペンテニル、4Z−ヘキセニル、4E−ヘキセニル、4Z−ヘプテニル、5−ヘキセニル、6−ヘプテニルなどである。5個以下のC原子を有する基が一般に好適である。
オキサアルキル基(すなわち、1つのCH基が−O−で置換される)は、好適には、例えば、直鎖状2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−(=エトキシメチル)もしくは3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−、もしくは4−オキサペンチル、2−,3−、4−、もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−、もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−もしくは7−オキサオクチル
、2−、3−、4−、5−、6−、7−もしくは8−オキサノニル又は2−、3−、4−、5−、6−,7−、8−もしくは9−オキサデシルである。オキサアルキル(すなわち、1つのCH基が−O−で置換される)は、好適には、例えば、直鎖状2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−(=エトキシメチル)もしくは3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−、もしくは4−オキサペンチル、2−、3−、4−、もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−、もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−もしくは7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−もしくは8−オキサノニル又は2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−もしくは9−オキサデシルである。
1つのCH基が−O−で置換され、1つが−C(O)−で置換されるアルキル基において、これらの基は、好適には隣接している。したがって、これらの基は、一緒に、カルボニルオキシ基−C(O)−O−又はオキシカルボニル基−O−C(O)−を形成する。好適には、この基は、直鎖状であり、2〜6個のC原子を有する。したがって、それは、好適には、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ、ブチリルオキシ、ペンタノイルオキシ、ヘキサノイルオキシ、アセチルオキシメチル、プロピオニルオキシメチル、ブチリルオキシメチル、ペンタノイルオキシメチル、2−アセチルオキシエチル、2−プロピオニルオキシ−エチル、2−ブチリルオキシエチル、3−アセチルオキシプロピル、3−プロピオニルオキシプロピル、4−アセチルオキシブチル、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、ペントキシカルボニル、メトキシカルボニルメチル、エトキシ−カルボニルメチル、プロポキシカルボニルメチル、ブトキシカルボニルメチル、2−(メトキシカルボニル)エチル、2−(エトキシカルボニル)エチル、2−(プロポキシ−カルボニル)エチル、3−(メトキシカルボニル)プロピル、3−(エトキシカルボニル)プロピル、4−(メトキシカルボニル)−ブチルである。
2つ以上のCH基が−O−及び/又は−C(O)O−で置換されるアルキル基は、直鎖状又は分枝鎖状であり得る。それは、好適には直鎖状であり、3〜12個のC原子を有する。したがって、それは、好適には、ビス−カルボキシ−メチル、2,2−ビス−カルボキシ−エチル、3,3−ビス−カルボキシ−プロピル、4,4−ビス−カルボキシ−ブチル、5,5−ビス−カルボキシ−ペンチル、6,6−ビス−カルボキシ−ヘキシル、7,7−ビス−カルボキシ−ヘプチル、8,8−ビス−カルボキシ−オクチル、9,9−ビス−カルボキシ−ノニル、10,10−ビス−カルボキシ−デシル、ビス−(メトキシカルボニル)−メチル、2,2−ビス−(メトキシカルボニル)−エチル、3,3−ビス−(メトキシカルボニル)−プロピル、4,4−ビス−(メトキシカルボニル)−ブチル、5,5−ビス−(メトキシカルボニル)−ペンチル、6,6−ビス−(メトキシカルボニル)−ヘキシル、7,7−ビス−(メトキシカルボニル)−ヘプチル、8,8−ビス−(メトキシカルボニル)−オクチル、ビス−(エトキシカルボニル)−メチル、2,2−ビス−(エトキシカルボニル)−エチル、3,3−ビス−(エトキシカルボニル)−プロピル、4,4−ビス−(エトキシカルボニル)−ブチル、5,5−ビス−(エトキシカルボニル)−ヘキシルである。
チオアルキル基(すなわち、1つのCH基が−S−で置換される)は、好適には、直鎖状チオメチル(−SCH)、1−チオエチル(−SCHCH)、1−チオプロピル(=−SCHCHCH)、1−(チオブチル)、1−(チオペンチル)、1−(チオヘキシル)、1−(チオヘプチル)、1−(チオオクチル)、1−(チオノニル)、1−(チオデシル)、1−(チオウンデシル)又は1−(チオドデシル)であり、ここで、好適には、sp混成ビニル炭素原子に隣接するCH基が置換される。
フルオロアルキル基は、好適には、ペルフルオロアルキルC2i+1(式中、iが、1〜15の整数である)、特に、CF、C、C、C、C11
、C13、C15又はC17、非常に好適には、C13、又は部分的にフッ素化されたアルキル、特に、1,1−ジフルオロアルキルであり、これらの全てが、直鎖状又は分枝鎖状である。
上記のアルキル、アルコキシ、アルケニル、オキサアルキル、チオアルキル、カルボニル及びカルボニルオキシ基は、アキラル又はキラル基であり得る。特に好適なキラル基は、例えば、2−ブチル(=1−メチルプロピル)、2−メチルブチル、2−メチルペンチル、3−メチルペンチル、2−エチルヘキシル、2−プロピルペンチル、特に、2−メチルブチル、2−メチルブトキシ、2−メチルペントキシ、3−メチルペントキシ、2−エチル−ヘキソキシ、1−メチルヘキソキシ、2−オクチルオキシ、2−オキサ−3−メチルブチル、3−オキサ−4−メチル−ペンチル、4−メチルヘキシル、2−ヘキシル、2−オクチル、2−ノニル、2−デシル、2−ドデシル、6−メトキシオクトキシ、6−メチルオクトキシ、6−メチルオクタノイルオキシ、5−メチルヘプチルオキシ−カルボニル、2−メチルブチリルオキシ、3−メチルバレロイルオキシ、4−メチルヘキサノイルオキシ、2−クロロプロピオニルオキシ、2−クロロ−3−メチルブチリルオキシ、2−クロロ−4−メチル−バレリル−オキシ、2−クロロ−3−メチルバレリルオキシ、2−メチル−3−オキサペンチル、2−メチル−3−オキサ−ヘキシル、1−メトキシプロピル−2−オキシ、1−エトキシプロピル−2−オキシ、1−プロポキシプロピル−2−オキシ、1−ブトキシプロピル−2−オキシ、2−フルオロオクチルオキシ、2−フルオロデシルオキシ、1,1,1−トリフルオロ−2−オクチルオキシ、1,1,1−トリフルオロ−2−オクチル、2−フルオロメチルオクチルオキシである。非常に好適なのは、2−ヘキシル、2−オクチル、2−オクチルオキシ、1,1,1−トリフルオロ−2−ヘキシル、1,1,1−トリフルオロ−2−オクチル及び1,1,1−トリフルオロ−2−オクチルオキシである。
好適なアキラル分枝鎖状基は、イソプロピル、イソブチル(=メチルプロピル)、イソペンチル(=3−メチルブチル)、tert.ブチル、イソプロポキシ、2−メチル−プロポキシ及び3−メチルブトキシである。
本発明の別の好適な実施形態において、R1〜4が、互いに独立して、1〜30個のC原子を有する、第一級、第二級又は第三級アルキル又はアルコキシから選択され、ここで、1つ以上のH原子が、F、又は任意選択的にアルキル化又はアルコキシ化され、4〜30個の環原子を有する、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール又はヘテロアリールオキシで任意選択的に置換される。このタイプの非常に好適な基が、下式
(式中、「ALK」が、1〜20個、好適には、1〜12個のC原子、第三級基の場合、非常に好適には、1〜9個のC原子を有する、任意選択的にフッ素化された、好適には、直鎖状の、アルキル又はアルコキシを表し、破線は、これらの基が結合される環に対する連結を表す)
からなる群から選択される。これらの基の中で特に好適なのは、全てのALK部分基(subgroup)が同一であるものである。
−CY=CY−が、好適には、−CH=CH−、−CF=CF−又は−CH=C(CN)−である。
ハロゲンが、F、Cl、Br又はI、好適には、F、Cl又はBrである。
−CO−、−C(=O)−及び−C(O)−が、カルボニル基、すなわち、
を表す。
本発明に係るポリマーはまた、ポリマーを形成するプロセス中に任意選択的に保護される重合性又は架橋性反応基で置換され得る。このタイプの特に好適な単位ポリマーは、式I(式中、R1〜4のうちの1つ以上が、基P−Sp−を表すか又はそれを含有する)の1つ以上の単位を含むものである。これらの単位及びポリマーは、高い電荷担体移動度及び高い熱安定性、機械的安定性及び化学安定性を有する架橋されたポリマーフィルムを得るために、ポリマーを半導体部品用の薄膜へと処理する間又は処理した後、例えば、その場での重合によって、基Pを介して架橋され得るため、半導体又は電荷輸送材料として特に有用である。
好適には、重合性又は架橋性基Pは、CH=CW−C(O)−O−、CH=CW−C(O)−、
CH=CW−(O)k1−、CW=CH−C(O)−(O)k3−、CW=CH−C(O)−NH−、CH=CW−C(O)−NH−、CH−CH=CH−O−、(CH=CH)CH−OC(O)−、(CH=CH−CHCH−O−C(O)−、(CH=CH)CH−O−、(CH=CH−CHN−、(CH=CH−CHN−C(O)−、HO−CW−、HS−CW−、HWN−、HO−CW−NH−、CH=CH−(C(O)−O)k1−Phe−(O)k2−、CH=CH−(C(O))k1−Phe−(O)k2−、Phe−CH=CH−
、HOOC−、OCN−、及びWSi−から選択され、Wが、H、F、Cl、CN、CF、1〜5個のC原子を有するフェニル又はアルキル、特に、H、Cl又はCHであり、W及びWが、互いに独立して、H又は1〜5個のC原子を有するアルキル、特に、H、メチル、エチル又はn−プロピルであり、W、W及びWが、互いに独立して、Cl、1〜5個のC原子を有するオキサアルキル又はオキサカルボニルアルキルであり、W及びWが、互いに独立して、H、Cl又は1〜5個のC原子を有するアルキルであり、Pheが、上述される1つ以上の基Lで任意選択的に置換される1,4−フェニレンであり、k、k及びkが、互いに独立して、0又は1であり、kが、好適には1であり、kが、1〜10の整数である。
あるいは、Pが、本発明に係る方法について記載される条件下で非反応性である、これらの基の保護された誘導体である。例えばアセタール又はケタールのような好適な保護基は、当業者に公知であり、文献、例えば、グリーン(Green)著、「有機合成における保護基(Protective Groups in Organic Synthesis)」、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ(John Wiley and Sons)、ニューヨーク(New York)(1981年)に記載されている。
特に好適な基Pは、CH=CH−C(O)−O−、CH=C(CH)−C(O)−O−、CH=CF−C(O)−O−、CH=CH−O−、(CH=CH)CH−O−C(O)−、(CH=CH)CH−O−、
又はそれらの保護された誘導体である。さらなる好適な基Pは、ビニルオキシ、アクリレート、メタクリレート、フルオロアクリレート、クロロアクリレート、オキセタン及びエポキシ基から、非常に好適には、アクリレート又はメタクリレート基からなる群から選択される。
基Pの重合は、文献、例えば、D.J.ブロアー(D.J.Broer);G.チャラ(G.Challa);G.N.モル(G.N.Mol)、マクロモレキュール・ケミストリー(Macromol.Chem)、1991年、192、59に記載される、当業者に公知の方法にしたがって行われ得る。
「スペーサ基」という用語は、先行技術において公知であり、好適なスペーサ基Spは、当業者に公知である(例えば、ピュア・アプライド・ケミストリー(Pure Appl.Chem.)73(5)、888(2001年)を参照されたい。スペーサ基Spは、P−Sp−がP−Sp’−X’−であるように好適には式Sp’−X’のものであり、式中、
Sp’が、非置換であるか又はF、Cl、Br、IもしくはCNで一置換もしくは多置換される、30個以下のC原子を有するアルキレンであり、O及び/又はS原子が、互いに直接連結されないように、1つ以上の非隣接CH基が、それぞれ互いに独立して、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR00−、−C(O)−、−C(O)O−、−OC(O)−、−OC(O)−O−、−S−C(O)−、−C(O)−S−、−CH=CH−又は−C≡C−で置換されることも可能であり、
X’が、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)O−、−OC(O)−、−O−C(
O)O−、−C(O)−NR−、−NR−C(O)−、−NR−C(O)−NR00−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR−、−CY=CY−、−C≡C−、−CH=CH−C(O)O−、−OC(O)−CH=CH−又は単結合であり、
及びR00が、互いに独立して、H又は1〜12個のC原子を有するアルキルであり、
及びYが、互いに独立して、H、F、Cl又はCNである。
X’が、好適には、−O−、−S−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CHCH−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR−、−CY=CY−、−C≡C−又は単結合、特に、−O−、−S−、−C≡C−、−CY=CY−又は単結合である。別の好適な実施形態において、X’が、−C≡C−又は−CY=CY−、又は単結合などの、共役系を形成することが可能な基である。
典型的な基Sp’は、例えば、−(CH−、−(CHCHO)−CHCH−、−CHCH−S−CHCH−又は−CHCH−NH−CHCH−又は−(SiR00−O)−であり、pが、2〜12の整数であり、qが、1〜3の整数であり、R及びR00が、上に示される意味を有する。
好適な基Sp’は、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エチレンオキシエチレン、メチレンオキシブチレン、エチレン−チオエチレン、エチレン−N−メチル−イミノエチレン、1−メチルアルキレン、エテニレン、プロペニレン及びブテニレンである。
好適には、式Iの単位中、X及びXが、S又はC(R)又はC=O、非常に好適には、Sを表す。
好適には、式Iの単位中、TがSであり、TがCHである。
好適には、式Iの単位は、下式:

(式中、R1〜4が、上記及び以下に示される式Iの意味を有する)
から選択される。
式I及びその好適な部分式の単位中、R及びRが、好適には、非置換であるか又は1つ以上のF原子で置換される、1〜30個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状又は環状アルキルを表す。
さらに好適には、R及びRのうちの一方がHであり、他方がHと異なり、好適には、非置換であるか又は1つ以上のF原子で置換される、1〜30個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状又は環状アルキルである。
さらに好適には、R及び/又はRが、互いに独立して、アリール及びヘテロアリールからなる群から選択され、これらのそれぞれが、任意選択的に、フッ素化、アルキル化又はアルコキシ化され、4〜30個の環原子を有する。
式I中のR及び/又はRが、置換アリール又はヘテロアリールを表す場合、それは、好適には、1つ以上の基Lで置換され、ここで、Lが、P−Sp−、F、Cl、Br、I、−OH、−CN、−NO、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)NR00、−C(=O)X、−C(=O)R、−NR00、C(=O)OH、4〜20個の環原子を有する、任意選択的に置換されるアリール又はヘテロアリール、又は1〜20個、好適には、1〜12個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状もしくは環状アルキルから選択され、ここで、O及び/又はS原子が、互いに直接連結されないように、1つ以上の非隣接CH基が、それぞれ互いに独立して、−O−、−S−、−NR−、−SiR00−、−C(=O)−、−C(=O)O−、−CY=CY−又は−C≡C−で任意選択的に置換され、非置換であるか又は1つ以上のFもしくはCl原子又はOH基で置換され、Xが、ハロゲン、好適には、F、Cl又はBrであり、Y、Y、R及びR00が、上記及び以下に示される意味を有する。
好適には、式I中のR及び/又はRが、1〜30個のC原子を有する、1つ以上の直鎖状、分枝鎖状又は環状アルキル基で置換されるアリール又はヘテロアリールを表し、O及び/又はS原子が、互いに直接連結されないように、1つ以上の非隣接CH基が、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−NR−、−SiR00−、−CF−、−CHR=CR00−、−CY=CY−又は−C≡C−で任意選択的に置換され、1つ以上のH原子が、F、Cl、Br、I又はCNで任意選択的に置換される。
式I及びその好適な部分式の単位中、R及びRが、上に示されるR及びRの好適な意味のうちの好適には1つを有する。
本発明に係る好適なポリマーは、式II:
−[(Ar−(U)−(Ar−(Ar]− II
(式中、
Uが、式Iの単位であり、
Ar、Ar、Arが、出現するごとに同一に又は異なって、互いに独立して、アリール又はヘテロアリールであり、これは、Uと異なり、好適には、5〜30個の環原子を有し、好適には、1つ以上の基Rで任意選択的に置換され、
が、出現するごとに同一に又は異なって、F、Br、Cl、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(O)NR00、−C(O)X、−C(O)R、−C(O)OR、−NH、−NR00、−SH、−SR、−SOH、−SO、−OH、−NO、−CF、−SF、任意選択的に置換されるシリル、任意選択的に置換され、1つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含む、1〜40個のC原子を有するカルビル又はヒドロカルビル、又はP−Sp−であり、
及びRが、互いに独立して、H又は任意選択的に置換されるC1〜40カルビル又はヒドロカルビルであり、好適には、H又は1〜12個のC原子を有するアルキルを表し

Pが、重合性又は架橋性基であり、
Spが、スペーサ基又は単結合であり、
が、ハロゲン、好適には、F、Cl又はBrであり、
a、b及びcが、出現するごとに同一に又は異なって、0、1又は2であり、
dが、出現するごとに同一に又は異なって、0又は1〜10の整数である)
の1つ以上の繰返し単位を含み、
このポリマーは、式II(式中、bが少なくとも1である)の少なくとも1つの繰返し単位を含む。
本発明に係るさらなる好適なポリマーは、式I又はIIの単位に加えて、任意選択的に置換される単環式又は多環式アリール又はヘテロアリール基から選択される1つ以上の繰返し単位を含む。
これらのさらなる繰返し単位は、好適には、式III
−[(Ar−(A−(Ar−(Ar]− III
(式中、Ar、Ar、Ar、a、b、c及びdが、式IIにおいて定義されるとおりであり、Aが、アリール又はヘテロアリール基であり、これは、U及びAr1〜3と異なり、好適には、5〜30個の環原子を有し、上記及び以下に定義される1つ以上の基Rで任意選択的に置換され、好適には、電子受容体特性を有するアリール又はヘテロアリール基から選択される)から選択され、このポリマーは、式III(式中、bが少なくとも1である)の少なくとも1つの繰返し単位を含む。
が、好適には、Rについて示される意味のうちの1つを有する。
本発明に係る共役ポリマーは、好適には、式IV:
(式中、
Aが、式I又はII又はその好適な部分式の単位であり、
Bが、Aと異なり、任意選択的に置換される1つ以上のアリール又はヘテロアリール基を含む単位であり、好適には、式IIIから選択され、
xが、0より大きく1以下であり、
yが、0以上1未満であり、
x+yが1であり、
nが1より大きい整数である)
から選択される。
式IVの好適なポリマーは、下式
−[(Ar−U−Ar−(Ar IVa
−[(Ar−U−Ar−(Ar−Ar IVb
−[(Ar−U−Ar−(Ar−Ar−Ar IVc
−[(Ar−(U)−(Ar−(Ar IVd
−[(Ar−(U)−(Ar−(Ar−[(Ar−(A−(Ar−(Ar IVe
(式中、U、Ar、Ar、Ar、a、b、c及びdが、出現するごとに同一に又は
異なって、式IIに示される意味のうちの1つを有し、Aが、出現するごとに同一に又は異なって、式IIIに示される意味のうちの1つを有し、x、y及びnが、式IVにおいて定義されるとおりであり、これらのポリマーが、交互又はランダムコポリマーであり得、式IVd及びIVe中、繰返し単位[(Ar−(U)−(Ar−(Ar]の少なくとも1つ及び繰返し単位[(Ar−(A−(Ar−(Ar]の少なくとも1つの中で、bが少なくとも1である)
から選択される。
本発明に係るポリマーにおいて、繰返し単位の総数nが、好適には、2〜10,000である。繰返し単位の総数nが、好適には、5以上であり、非常に好適には、10以上であり、最適には、50以上であり、好適には、500以下であり、非常に好適には、1,000以下であり、最適には、2,000以下であり、nの上記の下限及び上限の任意の組合せを含む。
本発明のポリマーは、統計又はランダムコポリマー、交互コポリマー及びブロックコポリマー、ならびにそれらの組合せのようなホモポリマー及びコポリマーを含む。
特に好適なのは、以下の基から選択されるポリマーである:
−単位U又は(Ar−U)又は(Ar−U−Ar)又は(Ar−U−Ar)又は(U−Ar−Ar)又は(Ar−U−Ar−Ar)のホモポリマーからなる基A、すなわち、ここで、全ての繰返し単位が同一であり、
−同一の単位(Ar−U−Ar)及び同一の単位(Ar)によって形成されるランダム又は交互コポリマーからなる基B、
−同一の単位(Ar−U−Ar)及び同一の単位(A)によって形成されるランダム又は交互コポリマーからなる基C、
−同一の単位(Ar−U−Ar)及び同一の単位(Ar−A−Ar)によって形成されるランダム又は交互コポリマーからなる基D、
ここで、全てのこれらの基U中、A、Ar、Ar及びArが、上記及び以下に定義されるとおりであり、基A、B及びC中、Ar、Ar及びArが、単結合と異なり、基D中、Ar及びArのうちの一方が、単結合も表し得る。
式IV及びIVa〜IVeの好適なポリマーは、式V
−鎖−R
(式中、「鎖」が、式IV又はIVa〜IVeのポリマー鎖を表し、R及びRが、互いに独立して、上に定義されるRの意味のうちの1つを有し、又は互いに独立して、H、F、Br、Cl、I、−CHCl、−CHO、−CR’CR’’、−SiR’R’’R’’’、−SiR’X’X’’、−SiR’R’’X’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)、−O−SO−R’、−C≡CH、−C≡C−SiR’、−ZnX’、P−Sp−又はエンドキャップ基を表し、ここで、P及びSpが、式IIにおいて定義されるとおりであり、X’及びX’’が、ハロゲンを表し、R’、R’’及びR’’’が、互いに独立して、式Iに示されるRの意味のうちの1つを有し、R’、R’’及びR’’’のうちの2つがまた、それらが結合されるヘテロ原子と一緒に環を形成し得る)
から選択される。
好適なエンドキャップ基R及びRが、H、C1〜20アルキル、又は任意選択的に置換されるC6〜12アリールもしくはC2〜10ヘテロアリール、非常に好適には、H又はフェニルである。
式IV、IVa〜IVe及びVによって表されるポリマーにおいて、xが、単位Aのモル分率を表し、yが、単位Bのモル分率を表し、nが、重合度又は単位A及びBの総数を
表す。これらの式は、A及びBのブロックコポリマー、ランダムもしくは統計コポリマー及び交互コポリマー、ならびにxが0より大きく、yが0である場合、Aのホモポリマーを含む。
本発明の別の態様は、式VI
−(Ar−U−(Ar−R VI
(式中、U、Ar、Ar、a及びbが、式IIの意味、又は上記及び以下に記載される好適な意味のうちの1つを有し、R及びRが、好適には、互いに独立して、Cl、Br、I、O−トシレート、O−トリフレート、O−メシレート、O−ノナフレート、−SiMeF、−SiMeF、−O−SO、−B(OZ、−CZ=C(Z、−C≡CH、−C≡CSi(Z、−ZnX及び−Sn(Zからなる群から選択され、ここで、Xが、ハロゲン、好適には、Cl、Br又はIであり、Z1〜4が、それぞれが任意選択的に置換されるアルキル及びアリールからなる群から選択され、2つの基Zがまた、一緒に環式基を形成し得る)
のモノマーに関する。
特に好適なのは、下式
−Ar−U−Ar−R VI1
−U−R VI2
−Ar−U−R VI3
−U−Ar−R VI4
(式中、U、Ar、Ar、R及びRが、式VIにおいて定義されるとおりである)
のモノマーである。
特に好適なのは、式I、II、III、IV、IVa〜IVe、V、VI及びそれらの部分式の繰返し単位、モノマー及びポリマーであり、ここで、Ar、Ar及びArのうちの1つ以上が、下式

(式中、X11及びX12のうちの一方がSであり、他方がSeであり、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17及びR18が、互いに独立して、Hを表し、又は上記及び以下に定義されるRの意味のうちの1つを有する)
からなる群から選択される、好適には、電子供与体特性を有するアリール又はヘテロアリールを表す。
好適には、Ar、Ar及びArのうちの1つ以上が、式D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D15、D17、D19、D24、D25、D29及びD26から、非常に好適には、式D1、D2、D3、D5、D15、D24及びD29からなる群から選択される。
本発明の別の好適な実施形態において、式D1中、R11及びR12が、H又はFを表す。本発明の別の好適な実施形態において、式D2、D5、D6、D15、D16及びD24中、R11及びR12が、H又はFを表す。
さらに好適なのは、式I、II、III、IV、IVa〜IVe、V、VI及びそれらの部分式の繰返し単位、モノマー及びポリマーであり、ここで、A及び/又はArが、下式

(式中、X11及びX12のうちの一方がSであり、他方がSeであり、R11、R12、R13、R14及びR15が、互いに独立して、Hを表し、又は上記及び以下に定義されるRの意味のうちの1つを有する)
からなる群から選択される、好適には、電子受容体特性を有するアリール又はヘテロアリールを表す。
好適には、A及び/又はArが、式A1、A2、A3、A4、A5、A10、A34、A44から、非常に好適には、式A2及びA3からなる群から選択される。
下式の特に好適なコポリマー:
−(U)− IVa
−(U)−(Ar)− IVb
−(U−Ar)− IVc
(式中、U及びArが、式IIにおいて定義されるとおりであり、n、x及びyが、式IVにおいて定義されるとおりである)。
さらに好適なのは、式IVa、IVb及びIVcのコポリマーであり、ここで、Uが、上記の好適な部分式Ia〜Ihからなる群から選択され、Arが、以下の単位:
(式中、R1〜4が、式Iにおいて定義されるとおりである)
からなる群から選択される。
さらに好適なのは、以下の部分式

(式中、R及びRが、式Iにおいて定義されるとおりであり、nが、式IVにおいて定義されるとおりである)
から選択されるコポリマーである。
さらに好適なのは、好適な実施形態の以下のリストから選択される、式I〜VI及びそれらの部分式の繰返し単位、モノマー及びポリマーである:
−yが、0以上1以下であり、
−好適には、全ての繰返し単位において、b=d=1及びa=c=0であり、
−好適には、全ての繰返し単位において、a=b=c=d=1であり、
−好適には、全ての繰返し単位において、a=b=d=1及びc=0であり、
−好適には、全ての繰返し単位において、a=b=c=1及びd=0であり、
−好適には、全ての繰返し単位において、a=c=2、b=1及びd=0であり、
−好適には、全ての繰返し単位において、a=c=2及びb=d=1であり、
−X及びXがSであり、
−X及びXがC(R)であり、
−X及びXがSi(R)であり、
−X及びXがC=Oであり、
−W及びWがC(R)であり、
−W及びWがC=C(R)であり、
−W及びWがSi(R)であり、
−W及びWがC=Oであり、
−TがSであり、TがCHであり、
−nが、少なくとも5、好適には、少なくとも10、非常に好適には、少なくとも50、2,000以下、好適には、500以下である。
−Mが、少なくとも5,000、好適には、少なくとも8,000、非常に好適には、少なくとも10,000、好適には、300,000以下、非常に好適には、100,000以下であり、
−R及びRのうちの一方がHであり、他方がHと異なり、
−R及びRが、Hと異なり、
−R及び/又はRが、互いに独立して、1〜30個のC原子を有する第一級アルキル、3〜30個のC原子を有する第二級アルキル、及び4〜30個のC原子を有する第三級アルキルからなる群から選択され、全てのこれらの基の中で、1つ以上のH原子が、Fで任意選択的に置換され、
−R及び/又はRが、互いに独立して、アリール及びヘテロアリールからなる群から選択され、これらのそれぞれが、任意選択的に、フッ素化、アルキル化又はアルコキシ化され、4〜30個の環原子を有し、
−R及び/又はRが、互いに独立して、1〜30個のC原子を有する第一級アルコキシ又はスルファニルアルキル、3〜30個のC原子を有する第二級アルコキシ又はスルファニルアルキル、及び4〜30個のC原子を有する第三級アルコキシ又はスルファニルアルキルからなる群から選択され、全てのこれらの基の中で、1つ以上のH原子が、Fで任意選択的に置換され、
−R及び/又はRが、互いに独立して、アリールオキシ及びヘテロアリールオキシからなる群から選択され、これらのそれぞれが、任意選択的にアルキル化又はアルコキシ化され、4〜30個の環原子を有し、
−R及び/又はRが、互いに独立して、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシからなる群から選択され、これらの全てが、直鎖状又は分枝鎖状であり、任意選択的にフッ素化され、1〜30個のC原子を有し、
−R及びRのうちの一方がHであり、他方がHと異なり、
−R及びRが、Hと異なり、
−R及び/又はRが、互いに独立して、1〜30個のC原子を有する第一級アルキル、3〜30個のC原子を有する第二級アルキル、及び4〜30個のC原子を有する第三級アルキルからなる群から選択され、全てのこれらの基の中で、1つ以上のH原子が、Fで任意選択的に置換され、
−R及び/又はRが、互いに独立して、アリール及びヘテロアリールからなる群から選択され、これらのそれぞれが、任意選択的に、フッ素化、アルキル化又はアルコキシ化され、4〜30個の環原子を有し、
−R及び/又はRが、互いに独立して、1〜30個のC原子を有する第一級アルコキシ又はスルファニルアルキル、3〜30個のC原子を有する第二級アルコキシ又はスルファニルアルキル、及び4〜30個のC原子を有する第三級アルコキシ又はスルファニルアルキルからなる群から選択され、全てのこれらの基の中で、1つ以上のH原子が、Fで任意選択的に置換され、
−R及び/又はRが、互いに独立して、アリールオキシ及びヘテロアリールオキシからなる群から選択され、これらのそれぞれが、任意選択的にアルキル化又はアルコキシ化され、4〜30個の環原子を有し、
−R及び/又はRが、互いに独立して、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシからなる群から選択され、これらの全てが、直鎖状又は分枝鎖状であり、任意選択的にフッ素化され、1〜30個のC原子を有し、
−R及びR00が、H又はC〜C10−アルキルから選択され、
−R及びRが、H、ハロゲン、−CHCl、−CHO、−CH=CH−SiR’R’’R’’’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)、P−Sp、C〜C20−アルキル、C〜C20−アルコキシ、C〜C20−アルケニル、C〜C20−フルオロアルキル及び任意選択的に置換されるアリール又はヘテロアリール、好適には、フェニルから選択され、
−R及びRが、好適には、互いに独立して、Cl、Br、I、O−トシレート、O−トリフレート、O−メシレート、O−ノナフレート、−SiMeF、−SiMeF、−O−SO、−B(OZ、−CZ=C(Z、−C≡CH、C≡CSi(Z、−ZnX及び−Sn(Zからなる群から選択され、ここで、Xがハロゲンであり、Z1〜4が、それぞれが任意選択的に置換されるアルキル及びアリールからなる群から選択され、2つの基Zがまた、環式基を形成し得る。
本発明の化合物は、文献に記載される、当業者に公知の方法にしたがって、又はその類似の方法で合成され得る。他の調製方法が、実施例から理解され得る。例えば、ポリマーは、山本カップリング、鈴木カップリング、スティルカップリング、薗頭カップリング、
ヘックカップリング又はブッフバルトカップリングなどのアリール−アリールカップリング反応によって好適に調製され得る。鈴木カップリング及び山本カップリングが特に好適である。ポリマーの繰返し単位を形成するように重合されるモノマーは、当業者に公知の方法にしたがって調製され得る。
ポリマーは好適には、上記及び以下に記載される式VI又はそれらの好適な部分式のモノマーから調製される。
本発明の別の態様は、重合反応、好適には、アリール−アリールカップリング反応において、式Iの1つ以上の同一もしくは異なるモノマー単位又は式VIのモノマーを、互いに及び/又は1つ以上のコモノマーとカップリングすることによって、ポリマーを調製するための方法である。
好適で好適なコモノマーは、下式
−(Ar−A−(Arc−
−Ar−R
−Ar−R
(式中、Ar、Ar、Ar、a及びcが、式IIの意味のうちの1つ又は上記及び以下に示される好適な意味のうちの1つを有し、Aが、式IIIの意味のうちの1つ又は上記及び以下に示される好適な意味のうちの1つを有し、R及びRが、式VIの意味のうちの1つ又は上記及び以下に示される好適な意味のうちの1つを有する)
から選択される。
非常に好適なのは、アリール−アリールカップリング反応において、式VI又は式VI1〜VI4から選択される1つ以上のモノマーを、式Cの1つ以上のモノマーと、及び任意選択的に、式D,Eから選択される1つ以上のモノマーとカップリングすることによって、ポリマーを調製するための方法であり、ここで、好適には、R,Rが、Cl,Br,I,−B(OZ,−Sn(Zから選択される。
例えば、本発明の好適な実施形態は、
a)アリール−アリールカップリング反応において、式VI1
−Ar−U−Ar−R VI1
のモノマーを、式D1
−Ar−R D1
のモノマーとカップリングすることによって、ポリマーを調製する方法、
又は
b)アリール−アリールカップリング反応において、式VI2
−U−R VI2
のモノマーを、式C1
−Ar−A−Ar−R C1
のモノマーとカップリングすることによって、ポリマーを調製する方法、
又は
c)アリール−アリールカップリング反応において、式VI2
−U−R VI2
のモノマーを、式C2
−A−R C2
のモノマーとカップリングすることによって、ポリマーを調製する方法、又は
d)アリール−アリールカップリング反応において、式VI2
−U−R VI2
のモノマーを、式C2
−A−R C1
のモノマー及び式D1
−Ar−R D1
のモノマーとカップリングすることによって、ポリマーを調製する方法に関し、
ここで、R、R、U、A、Ar1,2が、式II,III,VIにおいて定義されるとおりであり、R及びRが、好適には、式VIにおいて定義されるCl,Br,I,−B(OZ,−Sn(Zから選択される。
上記及び以下に記載される方法において使用される好適なアリール−アリールカップリング方法は、山本カップリング、熊田カップリング、根岸カップリング、鈴木カップリング、スティルカップリング、薗頭カップリング、ヘックカップリング、C−H活性化カップリング、ウルマンカップリング又はブッフバルトカップリングである。特に好適なのは、鈴木カップリング、根岸カップリング、スティルカップリング及び山本カップリングである。鈴木カップリングは、例えば、国際公開第00/53656A1号パンフレットに記載されている。根岸カップリングは、例えば、ジャーナル・オブ・ケミカル・ソサイエティ・ケミカル・コミュニケーションズ(J.Chem.Soc,Chem.Commun.)、1977年、683〜684に記載されている。山本カップリングは、例えば、T.山本ら著、プログレス・イン・ポリマー・サイエンス(Prog.Polym.Sci.)、1993年、77、1153〜1205、又は国際公開第2004/022626A1号パンフレットに記載されている。例えば、山本カップリングを用いた場合、2つの反応性ハライド基を有するモノマーが、好適には使用される。鈴木カップリングを用いた場合、2つの反応性ボロン酸又はボロン酸エステル基又は2つの反応性ハライド基を有するモノマーが、好適には使用される。スティルカップリングを用いた場合、2つの反応性スタンナン基又は2つの反応性ハライド基を有するモノマーが、好適には使用される。根岸カップリングを用いた場合、2つの反応性有機亜鉛基又は2つの反応性ハライド基を有するモノマーが、好適には使用される。
鈴木及びスティル重合が、ホモポリマーならびに統計、交互及びブロックランダムコポリマーを調製するのに使用され得る。統計又はブロックコポリマーが、例えば、上記のモノマーから調製され得、ここで、反応基のうちの1つがハロゲンであり、他の反応基が、ボロン酸、ボロン酸誘導体基又は及びアルキルスタンナンである。統計、交互及びブロックコポリマーの合成は、例えば、国際公開第03/048225A2号パンフレット又は国際公開第2005/014688A2号パンフレットに詳細に記載されている。
特に、鈴木、根岸又はスティルカップリングのための好適な触媒は、Pd(0)錯体又はPd(II)塩から選択される。好適なPd(0)錯体は、Pd(PhP)などの少なくとも1つのホスフィンリガンドを有するものである。別の好適なホスフィンリガンドは、トリス(オルト−トリル)ホスフィン、すなわち、Pd(o−TolP)である。好適なPd(II)塩としては、酢酸パラジウム、すなわち、Pd(OAc)が挙げられる。あるいは、Pd(0)錯体は、Pd(0)ジベンジリデンアセトン錯体、例えばトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、又はPd(II)塩、例えば、酢酸パラジウムを、ホスフィンリガンド、例えばトリフェニルホスフィン、トリス(オルト−トリル)ホスフィン又はトリス(tert−ブチル)ホスフィンと混合することによって調製され得る。鈴木カップリングは、塩基、例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化リチウム、リン酸カリウム又は炭酸テトラエチルアンモニウムもしくは水酸化テトラエチルアンモニウムなどの有機塩基の存在下で行われる。山本カップリングは、Ni(0)錯体、例えばビス(1,5−シクロオクタジエニル)ニッケル(0)を用いる。
上記のハロゲンの代わりとして、式−O−SOの脱離基が使用され得、ここで、Zが、上述されるとおりである。このような脱離基の特定の例は、トシレート、メシレ
ート及びトリフレートである。
式I〜VI及びそれらの部分式の繰返し単位、モノマー及びポリマーの特に好適な合成方法は、以下に示される合成スキームに例示されており、ここで、R1〜4が、上に示される意味を有する。
式IのDTT誘導体の場合、スキーム1に示されるような、ジエチル2,5−ジブロモテレフタレート(2)との2−官能性化ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]チオフェン(DTT)のクロスカップリングを介して合成される中間体3を経由する最適な合成経路。次に、テレフタレート3が、アルキルフェニルリチウムハライド又はアルキルフェニルマグネシウムハライドで処理されて、ジオール5が得られ、次に、それが、酸による処理の際に二重閉環されて、直接、四置換誘導体6が得られる。
スキーム1
式IのCDT誘導体は、スキーム1に記載されるのと同様に合成され得る。さらに、CDT構成要素7における可溶化基が、このクラスの化合物のための第2の合成経路(スキーム2)を可能にする。CDT 7と2とのクロスカップリングから調製されたジエステル8が、テレフタル酸(9)へと加水分解され、それが、塩化オキサリル又は塩化チオニルと反応させることによって、対応するテレフタロイルジクロリドへと転化される。次に、テレフタロイルジクロリドが、キノイド型10へと二重閉環され、次に、それが、非置換のコア構造11へと還元される。
スキーム2
次に、IDCDT 11が、塩基性条件下で、ハロゲン化アルキルでテトラアルキル化されて、13が得られる。それがまた、11をアルデヒド又はケトンと反応させることによって、アルキリデン基を用いて可溶化されて、12が得られる。あるいは、テレフタレート8が、アルキルフェニルリチウムハライド又はアルキルフェニルマグネシウムハライドで処理されて、ジオール14が得られ、次に、それが、酸による処理の際に二重閉環され、直接、四置換誘導体15が得られる。
第3の手法(スキーム3)において、IDT 16と17とのクロスカップリングから調製されたジエステル18が、二酸(19)へと加水分解され、それが、塩化オキサリル又は塩化チオニルと反応させることによって、対応する酸塩化物へと転化される。次に、二酸塩化物が、キノイド型20へと二重閉環され、次に、それが、非置換のコア構造21へと還元される。IDCDT 21が、塩基性条件下で、ハロゲン化アルキルでテトラアルキル化されて、23が得られる。それがまた、21をアルデヒド又はケトンと反応させることによって、アルキリデン基を用いて可溶化されて、22が得られる。
スキーム3
可溶化されたIDDTT及びIDCDTの好適な官能性化反応が、スキーム4に示される。これらの反応は、一般に、以下に限定はされないが、例えば、N−ブロモスクシンアミド又は臭素元素による臭素化、又は有機リチウム試薬によるリチウム化、次に、ジボロン酸及びエステルを得るためのアルキルボロン酸エステルと反応、又はジスタンナンを得るためのトリアルキルスタンニルクロリドとの反応である。
スキーム4
重合反応が、スキーム5に示される。
スキーム5
モノマー及びポリマーの新規な調製方法が、上記及び以下に記載され、本発明の別の態様である。
本発明に係る化合物及びポリマーはまた、混合物又はポリマーブレンド中で、例えば、モノマー化合物とともに、又は電荷輸送、半導体、導電、光伝導及び/又は発光半導体特性を有する他のポリマーとともに、又は例えば、OLEDデバイスにおける中間層又は電荷阻止層として使用するための正孔阻止又は電子阻止特性を有するポリマーとともに使用され得る。ここで、本発明の別の態様は、上記の特性のうちの1つ以上を有する本発明に係る1つ以上のポリマー及び1つ以上のさらなるポリマーを含むポリマーブレンドに関する。これらのブレンドは、先行技術において記載され、当業者に公知の従来の方法によって調製され得る。典型的に、ポリマーは、互いに混合され、又は好適な溶媒に溶解され、溶液が組み合わされる。
本発明の別の態様は、上記及び以下に記載される1つ以上の小分子、ポリマー、混合物又はポリマーブレンドと、1つ以上の有機溶媒とを含む配合物に関する。
好適な溶媒は、脂肪族炭化水素、塩素化炭化水素、芳香族炭化水素、ケトン、エーテル及びそれらの混合物である。使用され得るさらなる溶媒としては、1,2,4−トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、ペンチルベンゼン、メシチレン、クメン、シメン、シクロヘキシルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン、デカリン、2,6−ルチジン、2−フルオロ−m−キシレン、3−フルオロ−o−キシレン、2−クロロベンゾトリフルオリド、N,N−ジメチルホルムアミド、2−クロロ−6−フルオロトルエン、2−フルオロアニソール、アニソール、2,3−ジメチルピラジン、4−フルオロアニソール、3−フルオロアニソール、3−トリフルオロ−メチルアニソール、2−メチルアニソール、フェネトール、4−メチルアニソール、3−メチルアニソール、4−フルオロ−3−メチルアニソール、2−フルオロベンゾニトリル、4−フルオロベラトロール、2,6−ジメチルアニソール、3−フルオロベンゾ−ニトリル、2,5−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール、ベンゾニトリル、3,5−ジメチル−アニソール、Ν,Ν−ジメチルアニリン、安息香酸エチル、1−フルオロ−3,5−ジメトキシ
−ベンゼン、1−メチルナフタレン、N−メチルピロリジノン、3−フルオロベンゾ−トリフルオリド、ベンゾトリフルオリド、ジオキサン、トリフルオロメトキシ−ベンゼン、4−フルオロベンゾトリフルオリド、3−フルオロピリジン、トルエン、2−フルオロ−トルエン、2−フルオロベンゾトリフルオリド、3−フルオロトルエン、4−イソプロピルビフェニル、フェニルエーテル、ピリジン、4−フルオロトルエン、2,5−ジフルオロトルエン、1−クロロ−2,4−ジフルオロベンゼン、2−フルオロピリジン、3−クロロフルオロベンゼン、1−クロロ−2,5−ジフルオロベンゼン、4−クロロフルオロベンゼン、クロロ−ベンゼン、o−ジクロロベンゼン、2−クロロフルオロベンゼン、p−キシレン、m−キシレン、o−キシレン又はo−、m−、及びp−異性体の混合物が挙げられる。比較的低い極性を有する溶媒が、一般に好適である。インクジェット印刷では、高沸点を有する溶媒及び溶媒混合物が好適である。スピンコーティングでは、キシレン及びトルエンのようなアルキル化ベンゼンが好適である。
特に好適な溶媒の例としては、以下に限定はされないが、ジクロロメタン、トリクロロメタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、アニソール、モルホリン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、1,4−ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、Ν,Ν−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラリン、デカリン、インダン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、メシチレン及び/又はそれらの混合物が挙げられる。
さらなる溶媒としては、下式
(式中、Z11が、O、S又はCH=CHであり、X11がハロゲンであり、Y11がメチルであり、x1が、0又は1であり、y1が、1又は2である)
の溶媒又は共溶媒が挙げられる。
溶液中の化合物又はポリマーの濃度は、好適には、0.1〜10重量%、より好適には、0.5〜5重量%である。任意選択的に、溶液は、例えば、国際公開第2005/055248A1号パンフレットに記載されるように、レオロジー特性を調整するための1つ以上のバインダーも含む。
適切な混合及び熟成の後、溶液が、完全な溶液、境界線上の(borderline)溶液又は不溶性のカテゴリーのうちの1つとして評価される。溶解性及び不溶性を分ける溶解性パラメータ−水素結合限界の輪郭を示すために等高線が描かれる。溶解性領域に入る「完全な」溶媒は、「クロウリーJ.D.(Crowley,J.D.)、テグG.S.Jr(Teague,G.S.Jr)及びロウJ.W.Jr.(Lowe,J.W.Jr.)著、ジャーナル・オブ・ペイント・テクノロジー(Journal of Paint Technology)、1966年、38(496)、296」において公表されたような文献の値から選択され得る。「溶媒(Solvents)、W.H.エリス(W.H.Ellis)著、塗料技術協会連合会(Federation of Societies for Coatings Technology)、p9〜10、1986年」に記載されるように、溶媒ブレンドも使用されてもよく、特定され得る。このよう
な手順は、本発明の両方のポリマーを溶解させる「非」溶媒のブレンドをもたらし得るが、ブレンド中の少なくとも1つの真溶媒を有することが望ましい。
本発明に係る化合物及びポリマーは、上記及び以下に記載されるように、デバイスにおけるパターン化OSC層にも使用され得る。最近のマイクロエレクトロニクスの用途のために、一般に、コスト(単位面積当たりより多くのデバイス)、及び電力消費を低減するために、小さい構造又はパターンを生成することが望ましい。本発明に係るポリマーを含む薄層のパターン化は、例えば、フォトリソグラフィー、電子ビームリソグラフィー又はレーザーパターニングによって行われ得る。
電子又は電気光学デバイスにおける薄層として使用するために、本発明の化合物、ポリマー、ポリマーブレンド又は配合物は、任意の好適な方法によって堆積され得る。デバイスの液体コーティングは、真空蒸着技術より望ましい。溶液堆積方法が特に好適である。本発明の配合物は、いくつかの液体コーティング技術の使用を可能にする。好適な堆積技術としては、以下に限定はされないが、浸漬コーティング、スピンコーティング、インクジェット印刷、ノズル印刷、レタープレス印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、ドクターブレードコーティング、ローラ印刷、逆ローラ印刷、オフセットリソグラフィー印刷、ドライオフセットリソグラフィー印刷、フレキソ印刷、ウェブ印刷、スプレーコーティング、カーテンコーティング、はけ塗りコーティング、スロットダイコーティング又はパッド印刷が挙げられる。
高解像度の層及びデバイスが作製される必要がある場合、インクジェット印刷が特に好適である。本発明の選択される配合物は、インクジェット印刷又は微小計量分配(microdispensing)によって、予め作製されたデバイス基板に適用され得る。好適には、以下に限定はされないが、アプリオン(Aprion)、日立工機(Hitachi−Koki)、インクジェット・テクノロジー(InkJet Technology)、オン・ターゲット・テクノロジー(On Target Technology)、ピコジェット(Picojet)、スペクトラ(Spectra)、トライデント(Trident)、ザール(Xaar)によって供給されるものなどの工業的な圧電印刷ヘッドが、有機半導体層を基板に適用するのに使用され得る。さらに、ブラザー(Brother)、エプソン(Epson)、コニカ(Konica)、セイコーインスツル(Seiko Instruments)、東芝テック(Toshiba TEC)によって製造されるものなどの半工業的ヘッド又はマイクロドロップ(Microdrop)及びマイクロファブ(Microfab)によって製造されるものなどの単一ノズル微小計量分配器(microdispenser)が使用され得る。
インクジェット印刷又は微小計量分配によって適用するために、化合物又はポリマーは、まず、好適な溶媒に溶解される必要がある。溶媒は、上述される要件を満たさなければならず、選択される印刷ヘッドに対して有害作用を一切与えてはならない。さらに、溶媒は、印刷ヘッドの内側で溶液が乾燥することによって生じる操作上の問題を防止するために、100℃を超える、好適には、140℃を超える、より好適には、150℃を超える沸点を有するべきである。上に挙げた溶媒は別として、好適な溶媒としては、置換及び非置換キシレン誘導体、ジ−C1〜2−アルキルホルムアミド、置換及び非置換アニソール及び他のフェノール−エーテル誘導体、置換されたピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピロリジノンなどの置換された複素環、置換及び非置換N,N−ジ−C1〜2−アルキルアニリン及び他のフッ素化又は塩素化芳香族が挙げられる。
インクジェット印刷によって、本発明に係る化合物又はポリマーを堆積するための好適な溶媒は、1つ以上の置換基によって置換されるベンゼン環を有するベンゼン誘導体を含み、ここで、1つ以上の置換基の中の炭素原子の総数が少なくとも3である。例えば、ベ
ンゼン誘導体は、プロピル基又は3つのメチル基で置換されてもよく、いずれの場合も、合計で少なくとも3つの炭素原子がある。このような溶媒により、化合物又はポリマーとともに溶媒を含むインクジェット流体の形成が可能になり、噴霧の際にジェットの閉塞及び成分の分離が減少又は防止される。溶媒としては、以下の例のリストから選択されるものが挙げられる:ドデシルベンゼン、1−メチル−4−tert−ブチルベンゼン、テルピネオール、リモネン、イソデュレン、テルピノレン、シメン、ジエチルベンゼン。溶媒は、溶媒混合物、すなわち、2つ以上の溶媒の組合せであってもよく、各溶媒は、好適には、100℃を超える、より好適には、140℃を超える沸点を有する。このような溶媒は、堆積された層の膜形成も促進し、層中の欠陥を減少させる。
インクジェット流体(すなわち、溶媒と、バインダーと、半導体化合物との混合物)は、好適には、20℃で1〜100mPa・秒、より好適には、1〜50mPa・秒及び最適には、1〜30mPa・秒の粘度を有する。
本発明に係るポリマーブレンド及び配合物は、例えば、表面活性化合物、平滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水化剤、接着剤、流動性改良剤、消泡剤、脱気剤、反応性であっても又は非反応性であってもよい希釈剤、補助剤、ナノ粒子、着色剤、染料又は顔料、さらに、特に、架橋性バインダーが使用される場合、触媒、増感剤、安定剤、阻害剤、連鎖移動剤又は共反応性(co−reacting)モノマーから選択される1つ以上のさらなる成分又は添加剤をさらに含み得る。
本発明に係る化合物及びポリマーは、光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンス又は光輝性構成要素又はデバイスにおける、電荷輸送、半導体、導電、光伝導又は発光材料として有用である。これらのデバイスにおいて、本発明のポリマーは、典型的に、薄層又はフィルムとして適用される。
このため、本発明は、電子デバイスにおける半導体化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、配合物又は層の使用も提供する。配合物は、様々なデバイス及び装置における高移動度の半導体材料として使用され得る。配合物は、例えば、半導体層又はフィルムの形態で使用され得る。したがって、別の態様において、本発明は、電子デバイスに使用するための半導体層であって、本発明に係る化合物、ポリマー、ポリマーブレンド又は配合物を含む層を提供する。層又はフィルムは、約30μm未満であり得る。様々な電子デバイスの用途では、厚さは、約1μm厚未満であり得る。層は、上記の溶液コーティング又は印刷技術のいずれかによって、例えば、電子デバイスの一部の上に堆積され得る。
本発明は、本発明に係る化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、配合物又は有機半導体層を含む電子デバイスをさらに提供する。特に好適なデバイスは、OFET、TFT、IC、論理回路、コンデンサ、RFIDタグ、OLED、OLET、OPED、OPV、OPD、太陽電池、レーザーダイオード、光伝導体、光検出器、電子写真デバイス、電子写真記録デバイス、有機記憶デバイス、センサデバイス、電荷注入層、ショットキーダイオード、平坦化層、帯電防止フィルム、導電性基板及び導電性パターンである。
特に好適な電子デバイスは、OFET、OLED及びOPVデバイス、特に、バルクヘテロ接合(BHJ:bulk heterojunction)OPVデバイス及びOPDデバイスである。OFETにおいて、例えば、ドレインとソースとの間の能動半導体チャネルは、本発明の層を含み得る。別の例として、OLEDデバイスにおいて、電荷(正孔又は電子)注入又は輸送層は、本発明の層を含み得る。
OPV又はOPDデバイスに使用するために、本発明に係るポリマーは、p型(電子供与体)半導体及びn型(電子受容体)半導体を含むか又は含有し、より好適には、それか
ら本質的になり、非常に好適には、それのみからなる配合物に使用されるのが好適である。p型半導体は、本発明に係るポリマーによって構成される。n型半導体は、酸化亜鉛(ZnO)、亜鉛スズ酸化物(ZTO)、酸化チタン(TiO)、酸化モリブデン(MoO)、酸化ニッケル(NiO)、又はセレン化カドミウム(CdSe)などの無機材料、あるいはグラフェン又はフラーレンもしくは置換フラーレン、例えば、ICBAのようなインデン−C60−フラーレンビス付加体、もしくは例えば、G.ユー(G.Yu)、J.ガオ(J.Gao)、J.C.ヒュメレン(J.C.Hummelen)、F.ウドゥル(F.Wudl)、A.J.ヒーガー(A.J.Heeger)著、サイエンス(Science)1995年、第270巻、p.1789以降に開示され、以下に示される構造を有する、「PCBM−C60」又は「C60PCBM」としても知られている(6,6)−フェニル−酪酸メチルエステル誘導体化メタノC60フラーレン、又は例えば、C61フラーレン基、C70フラーレン基、もしくはC71フラーレン基を有する構造的に類似の化合物、又は有機ポリマー(例えば、コークリーK.M.(Coakley,K.M.)及びマギーM.D.(McGehee,M.D.)、ケミストリー・オブ・マテリアルズ(Chem.Mater.)2004年、16、4533を参照)などの有機材料であり得る。
本発明に係るポリマーは好適には、例えば、PCBM−C60、PCBM−C70、PCBM−C61、PCBM−C71、ビス−PCBM−C61、ビス−PCBM−C71、ICBA(1’,1’’,4’,4’’−テトラヒドロ−ジ[1,4]メタノナフタレノ(methanonaphthaleno)[1,2:2’,3’;56,60:2’’,3’’][5,6]フラーレン−C60−Ih)のようなフラーレンもしくは置換フラーレン、グラフェン、又は例えば、ZnO、TiO、ZTO、MoO、NiOのような金属酸化物などのn型半導体と混合されて、OPV又はOPDデバイスにおける活性層が形成される。デバイスは好適には、活性層の一方の側の透明又は半透明基板における第1の透明又は半透明電極、及び活性層の他方の側の第2の金属又は半透明電極をさらに含む。
さらに好適には、OPV又はOPDデバイスは、例えば、ZTO、MoO、NiOのような金属酸化物、例えばPEDOT:PSSのような共役ポリマー電解質、例えば、ポリトリアリールアミン(PTAA:polytriarylamine)のような共役ポリマー、例えばN,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(1−ナフチル)(1,1’−ビフェニル)−4,4’ジアミン(NPB:N,N’−diphenyl−N,N’−bis(1−naphthyl)(1,1’−biphenyl)−4,4’diamine)、N,N’−ジフェニル−N,N’−(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD:N,N’−diphenyl−N,N’−(3−me
thylphenyl)−1,1’−biphenyl−4,4’−diamine)のような有機化合物などの材料を含む、正孔輸送層及び/又は電子阻止層として、あるいは例えば、ZnO、TiOのような金属酸化物、例えば、LiF、NaF、CsFのような塩、例えば、ポリ[3−(6−トリメチルアンモニウムヘキシル)チオフェン]、ポリ(9,9−ビス(2−エチルヘキシル)−フルオレン]−b−ポリ[3−(6−トリメチルアンモニウムヘキシル)チオフェン]、又はポリ[(9,9−ビス(3’−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル)−2,7−フルオレン)−alt−2,7−(9,9−ジオクチルフルオレン)]のような共役ポリマー電解質又は例えば、トリス(8−キノリノラト)−アルミニウム(III)(Alq)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリンのような有機化合物などの材料を含む正孔阻止層及び/又は電子輸送層として働く1つ以上のさらなるバッファ層を、活性層と第1又は第2の電極との間に含む。
本発明に係るポリマーと、フラーレン又は修飾フラーレンとのブレンド又は混合物において、ポリマー:フラーレンの比率は、好適には、重量基準で5:1〜1:5、より好適には、重量基準で1:1〜1:3、最適には、重量基準で1:1〜1:2である。5〜95重量%のポリマーバインダーも含まれてもよい。バインダーの例としては、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)及びポリメチルメタクリレート(PMMA)が挙げられる。
BHJ OPVデバイスにおける薄層を生成するために、本発明の化合物、ポリマー、ポリマーブレンド又は配合物は、任意の好適な方法によって堆積され得る。デバイスの液体コーティングが、真空蒸着技術より望ましい。溶液堆積方法が特に好適である。本発明の配合物は、いくつかの液体コーティング技術の使用を可能にする。好適な堆積技術としては、以下に限定はされないが、浸漬コーティング、スピンコーティング、インクジェット印刷、ノズル印刷、レタープレス印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、ドクターブレードコーティング、ローラ印刷、逆ローラ印刷、オフセットリソグラフィー印刷、ドライオフセットリソグラフィー印刷、フレキソ印刷、ウェブ印刷、スプレーコーティング、浸漬コーティング、カーテンコーティング、はけ塗りコーティング、スロットダイコーティング又はパッド印刷が挙げられる。OPVデバイス及びモジュールの作製のために、可撓性基板に適合する領域印刷(area printing)方法、例えば、スロットダイコーティング、スプレーコーティングなどが好適である。
本発明に係るポリマーと、C60又はC70フラーレン又はPCBMのような修飾フラーレンとのブレンド又は混合物を含有する好適な溶液又は配合物が好適なはずである。配合物の調製の際、好適な溶媒は、p型及びn型の両方の構成要素の十分な溶解を確保するように選択されなければならず、選択された印刷方法によって導入される境界条件(例えばレオロジー特性)を考慮に入れなければならない。
有機溶媒が、一般に、この目的のために使用される。典型的な溶媒は、芳香族溶媒、ハロゲン化溶媒又は塩素化芳香族溶媒を含む塩素化溶媒であり得る。例としては、以下に限定はされないが、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、ジクロロメタン、四塩化炭素、トルエン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、アニソール、モルホリン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、1,4−ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、テトラリン、デカリン、インダン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、メシチレン及びそれらの組合せが挙げられる。
OPVデバイスは、例えば、文献から公知の任意のタイプのものであり得る(例えば、
ウォルドーフ(Waldauf)ら著、アプライド・フィジックス・レターズ(Appl.Phys.Lett.)、2006年、89、233517を参照されたい)。
本発明に係る第1の好適なOPVデバイスは、(下から上の順序で)以下の層:
−任意選択的に、基板、
−好適には、例えば、陽極として働くITOのような金属酸化物を含む高仕事関数電極、−例えば、PEDOT:PSS(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)、又はTBD(N,N’−ジフェニル−N−N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’ビフェニル−4,4’−ジアミン)又はNBD(N,N’−ジフェニル−N−N’−ビス(1−ナフチルフェニル)−1,1’ビフェニル−4,4’−ジアミン)の有機層又はポリマーブレンドを好適には含む、任意選択の導電性ポリマー層又は正孔輸送層、
−BHJを形成する、例えば、p型/n型二重層として、又は別個のp型及びn型層として、又はブレンドもしくはp型及びn型半導体として存在し得る、p型及びn型有機半導体を含む、「活性層」とも呼ばれる層、
−任意選択的に、例えば、LiFを含む、電子輸送特性を有する層、
−好適には、例えば、陰極として働くアルミニウムのような金属を含む低仕事関数電極
を含み、
ここで、電極、好適には陽極のうちの少なくとも1つが、可視光に対して透過性であり、p型半導体が本発明に係るポリマーである。
本発明に係る第2の好適なOPVデバイスは、逆型OPVデバイスであり、(下から上の順序で)以下の層:
−任意選択的に、基板、
−例えば、陰極として働くITOを含む、高仕事関数金属又は金属酸化物電極、
−好適には、TiO又はZnのような金属酸化物を含む、正孔阻止特性を有する層、−BHJを形成する、例えば、p型/n型二重層として、又は別個のp型及びn型層として、又はブレンドもしくはp型及びn型半導体として存在し得る、電極間に位置する、p型及びn型有機半導体を含む活性層、
−例えば、PEDOT:PSS又はTBD又はNBDの有機ポリマー又はポリマーブレンドを好適には含む、任意選択の導電性ポリマー層又は正孔輸送層、
−例えば、陽極として働く銀のような高仕事関数金属を含む電極
を含み、
ここで、電極、好適には陰極のうちの少なくとも1つが、可視光に対して透過性であり、p型半導体が本発明に係るポリマーである。
本発明のOPVデバイスにおいて、p型及びn型半導体材料は、好適には、上述されるように、ポリマー/フラーレン系のような材料から選択される。
活性層が、基板に堆積される場合、それは、ナノスケールレベルで相分離するBHJを形成する。ナノスケール相分離の説明については、デンラー(Dennler)ら著、IEEE議事録(Proceedings of the IEEE)、2005年、93(8)、1429又はホップ(Hoppe)ら著、アドバンスド・ファンクショナル・マテリアルズ(Adv.Func.Mater)、2004年、14(10)、1005を参照されたい。その際、任意選択のアニール工程が、ブレンドのモルホロジー、その結果としてOPVデバイス性能を最適化するために必要であり得る。
デバイス性能を最適化するための別の方法は、相分離を適切な方法で促進するために高沸点の添加剤を含み得る、OPV(BHJ)デバイスの作製のための配合物を調製することである。1,8−オクタンジチオール、1,8−ジヨードオクタン、ニトロベンゼン、クロロナフタレン、及び他の添加剤が、高効率太陽電池を得るために使用されている。例
が、J.ピート(J.Peet)ら著、ネイチャー・マテリアルズ(Nat.Mater.)、2007年、6、497又はフレチェット(Frechet)ら著、米国化学会誌(J.Am.Chem.Soc)、2010年、132、7595〜7597に開示されている。
本発明の化合物、ポリマー、配合物及び層は、半導体チャネルとしてOFETにおいて使用するのにも適している。このため、本発明は、ゲート電極と、絶縁(又はゲート絶縁体)層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ソース及びドレイン電極を接続する有機半導体チャネルとを含むOFETも提供し、ここで、有機半導体チャネルは、本発明に係る化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、配合物又は有機半導体層を含む。OFETの他の特徴は、当業者に周知である。
OSC材料がゲート誘電体とドレイン及びソース電極との間に薄膜として配置されるOFETが、一般に公知であり、例えば、米国特許第5,892,244号明細書、米国特許第5,998,804号明細書、米国特許第6,723,394号明細書及び背景技術セクションに引用される参照文献に記載されている。本発明に係る化合物の溶解特性を用いた低コストの製造、ひいては大きな表面の加工性のような利点のため、これらのFETの好適な用途は、集積回路、TFTディスプレイ及びセキュリティ用途などである。
OFETデバイス中のゲート、ソース及びドレイン電極ならびに絶縁層及び半導体層は、ソース及びドレイン電極が、絶縁層によってゲート電極から隔てられ、ゲート電極及び半導体層が両方とも絶縁層に接触し、ソース電極及びドレイン電極が両方とも半導体層に接触する限り、任意の順序で配置され得る。
本発明に係るOFETデバイスは好適には、
−ソース電極、
−ドレイン電極、
−ゲート電極、
−半導体層、
−1つ以上のゲート絶縁体層、
−任意選択的に、基板
を含み、
ここで、半導体層は好適には、上記及び以下に記載される化合物、ポリマー、ポリマーブレンド又は配合物を含む。
OFETデバイスは、トップゲート型デバイス又はボトムゲート型デバイスであり得る。OFETデバイスの好適な構造及び製造方法が、当業者に公知であり、文献、例えば、米国特許出願公開第2007/0102696A1号明細書に記載されている。
ゲート絶縁体層は、好適には、例えば、市販のサイトップ(Cytop)809M(登録商標)又はサイトップ(Cytop)107M(登録商標)(旭硝子(Asahi Glass)製)のようなフルオロポリマーを含む。好適には、ゲート絶縁体層は、絶縁体材料及び1つ以上のフッ素原子を含む1つ以上の溶媒(フルオロ溶媒)、好適には、パーフルオロ溶媒を含む配合物から、例えば、スピンコーティング、ドクターブレーディング(doctor blading)、ワイヤバーコーティング、スプレーもしくは浸漬コーティング又は他の公知の方法によって堆積される。好適なパーフルオロ溶媒は、例えば、FC75(登録商標)(アクロス(Acros)から入手可能、カタログ番号12380)である。例えば、パーフルオロポリマーテフロン(Teflon)(登録商標)AF(登録商標)1600もしくは2400(デュポン(DuPont)製)又はフルオロペル(Fluoropel)(登録商標)(サイトニックス(Cytonix)製)又はパ
ーフルオロ溶媒FC 43(登録商標)(アクロス(Acros)、No.12377)のような他の好適なフルオロポリマー及びフルオロ溶媒が、先行技術において公知である。特に好適なのは、例えば、米国特許出願公開第2007/0102696A1号明細書又は米国特許第7,095,044号明細書に開示されるように、1.0〜5.0、非常に好適には、1.8〜4.0の低い絶対誘電率(又は誘電率)を有する有機誘電体材料(「低誘電率材料(low k material)」)である。
セキュリティ用途において、トランジスタ又はダイオードのような、本発明に係る半導体材料を含むOFET及び他のデバイスが、紙幣、クレジットカード又はIDカード、国の身分証明書、免許証又は切手、チケット、株券、小切手などのような金銭的価値を有する任意の製品のような有価証券を証明し、偽造を防止するためのRFIDタグ又はセキュリティマーキングに使用され得る。
あるいは、本発明に係る材料は、例えば、フラットパネルディスプレイ用途におけるアクティブディスプレイ材料として、又は例えば、液晶ディスプレイのようなフラットパネルディスプレイのバックライトとして、OLEDにおいて使用され得る。一般的なOLEDは、多層構造を用いて実現される。発光層は、一般に、1つ以上の電子輸送及び/又は正孔輸送層の間に挿入される。電圧を印加することによって、電荷担体としての電子及び正孔が、発光層に向かって移動し、ここで、それらの再結合が、励起、ひいては発光層に含まれるルモフォア(lumophor)単位のルミネセンスをもたらす。本発明の化合物、材料及びフィルムは、それらの電気特性及び/又は光学特性に対応して、電荷輸送層の1つ以上及び/又は発光層において用いられ得る。さらに、発光層内でのそれらの使用は、本発明に係る化合物、材料及びフィルムが、それ自体でエレクトロルミネセンス特性を示すか又はエレクトロルミネセンス基又は化合物を含む場合、特に有利である。OLEDに使用するための好適なモノマー、オリゴマー及びポリマー化合物又は材料の選択、特性評価ならびに処理は、一般に、当業者に公知であり、例えば、ミューラー(Mueller)ら著、シンセティック・メタルズ(Synth.Metals)、2000年、111〜112、31〜34、アルカラ(Alcala)著、応用物理学会誌(J.Appl.Phys.)、2000年、88、7124〜7128及びその中に引用される文献を参照されたい。
別の使用によれば、本発明に係る材料、特に、光輝性特性を示す材料が、欧州特許出願公開第0889350A1号明細書又はC.ウェダー(C.Weder)ら著、サイエンス(Science)、1998年、279、835〜837に記載されるように、例えば、ディスプレイデバイスの光源の材料として用いられ得る。
本発明のさらなる態様は、本発明に係る化合物の酸化型及び還元型の両方に関する。電子の損失又は獲得のいずれかにより、高い導電性を有する、高度に非局在化されたイオン性形態が得られる。これは、一般的なドーパントに曝露すると起こり得る。好適なドーパント及びドーピングの方法が、例えば、欧州特許第0528662号明細書、米国特許第5,198,153号明細書又は国際公開第96/21659号パンフレットから、当業者に公知である。
ドーピング方法は、典型的に、酸化還元反応において半導体材料を酸化剤又は還元剤で処理して、適用されたドーパントに由来する対応する対イオンとともに、材料中に非局在化されたイオン性中心部を形成することを示唆する。好適なドーピング方法は、例えば、常圧又は減圧下におけるドーピング蒸気への曝露、ドーパントを含有する溶液中での電気化学的ドーピング、ドーパントを熱的に拡散されるべき半導体材料と接触させること、及びドーパントを半導体材料中にイオン注入することを含む。
電子が担体として使用される場合、好適なドーパントは、例えばハロゲン(例えば、I、Cl、Br、ICl、ICl、IBr及びIF)、ルイス酸(例えば、PF、AsF、SbF、BF、BCl3)SbCl、BBr及びSO)、プロトン酸、有機酸、又はアミノ酸(例えば、HF、HCl、HNO、HSO、HClO、FSOH及びClSOH)、遷移金属化合物(例えば、FeCl、FeOCl、Fe(ClO、Fe(4−CHSO、TiCl、ZrCl、HfCl、NbF、NbCl、TaCl、MoF、MOCl、WF、WCl、UF及びLnCl(ここで、Lnが、ランタノイドである)、アニオン(例えば、Cl、Br、I、I 、HSO 、SO 2−、NO 、ClO 、BF 、PF 、AsF 、SbF 、FeCl 、Fe(CN) 3−、及びアリール−SO などの様々なスルホン酸のアニオン)である。正孔が担体として使用される場合、ドーパントの例は、カチオン(例えば、H、Li、Na、K、Rb及びCs)、アルカリ金属(例えば、Li、Na、K、Rb、及びCs)、アルカリ土類金属(例えば、Ca、Sr、及びBa)、O、XeOF、(NO )(SbF )、(NO )(SbCl )、(NO )(BF )、AgClO、HIrCl、La(NO・6HO、FSOOOSOF、Eu、アセチルコリン、R、(Rがアルキル基である)、R(Rがアルキル基である)、RAs(Rがアルキル基である)、及びR(Rがアルキル基である)である。
本発明の化合物の導電性形態は、以下に限定はされないが、OLED用途における電荷注入層及びITO平坦化層、フラットパネルディスプレイ及びタッチスクリーン用のフィルム、帯電防止フィルム、印刷導電性基板、プリント回路板及びコンデンサなどの電子的用途におけるパターン又は区域(tract)を含む用途において、有機「金属」として使用され得る。
本発明に係る化合物及び配合物はまた、例えば、コラー(Koller)ら著、ネイチャー・フォトニクス(Nat.Photonics)、2008年、2、684に記載されるように、有機プラズモン発光ダイオード(OPED:organic plasmon−emitting diode)に使用するのに好適であり得る。
別の使用によれば、本発明に係る材料は、例えば、米国特許出願公開第2003/0021913号明細書に記載されるように、単独で又は他の材料とともに、LCD又はOLEDデバイスにおける配向層において又は配向層として使用され得る。本発明に係る電荷輸送化合物の使用により、配向層の導電性を増大させることができる。LCDにおいて使用される場合、この増大された導電性により、切り換え可能なLCDセルにおける不都合な残留dcの影響を減少させ、画像の固着を抑制し又は、例えば強誘電性LCDにおいて、強誘電性LCの自発分極電荷の切り換えによって生じる残留電荷を減少させることができる。配向層上に設けられた発光材料を含むOLEDデバイスに使用される場合、この増大された導電性により、発光材料のエレクトロルミネセンスを促進することができる。メソゲン又は液晶特性を有する本発明に係る化合物又は材料は、上述されるように、配向された異方性フィルムを形成することができ、これは、前記異方性フィルム上に設けられた液晶媒体における配向を誘発又は促進するために、配向層として特に有用である。本発明に係る材料はまた、米国特許出願公開第2003/0021913A1号明細書に記載されるように、光配向層において又は光配向層として使用するための光異性化可能な化合物及び/又は発色団と組み合わされてもよい。
別の使用によれば、本発明に係る材料、特に、それらの水溶性の誘導体(例えば、極性又はイオン性側基を有する)又はイオンドーピングされた形態が、化学センサ又はDNA配列を検出及び識別するための材料として用いられ得る。このような使用は、例えば、L.チェン(L.Chen)、D.W.マクブランチ(D.W.McBranch)、H.
ワン(H.Wang)、R.ヘルゲソン(R.Helgeson)、F.ウドゥル(F.Wudl)及びD.G.ウィッテン(D.G.Whitten)著、米国科学アカデミー紀要(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.)、1999年、96、12287;D.ワン(D.Wang)、X.ゴン(X.Gong)、P.S.ヒーガー(P.S.Heeger)、F.リニンスランド(F.Rininsland)、G.C.バザン(G.C.Bazan)及びA.J.ヒーガー(A.J.Heeger)著、米国科学アカデミー紀要(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.)、2002年、99、49;N.ディチェザレ(N.DiCesare)、M.R.ピノット(M.R.Pinot)、K.S.シャンツェ(K.S.Schanze)及びJ.R.ラコウィッツ(J.R.Lakowicz)著、ラングミュア(Langmuir)、2002年、18、7785;D.T.マックエイド(D.T.McQuade)、A.E.プレン(A.E.Pullen)、T.M.スワガー(T.M.Swager)著、ケミカル・レビューズ(Chem.Rev.)、2000年、100、2537に記載されている。
文脈上明白に他の意味に解すべき場合を除き、本明細書において使用される際、本明細書の用語の複数形は、単数形を含むものと解釈されるべきであり、逆もまた同様である。
本明細書の説明及び特許請求の範囲の全体を通して、「〜を含む(comprise)」及び「〜を含有する(contain)」という用語及びこれらの用語の活用形、例えば、「〜を含む(comprising)」及び「〜を含む(comprises)」は、「以下に限定はされないが、〜を含む(including but not limited to)」を意味し、他の構成要素を除外することは意図されない(除外しない)。
本発明の上記の実施形態に対する変形が、本発明の範囲内に含まれながら、行われ得ることが理解されるであろう。本明細書に開示される各特徴は、特に記載されない限り、同じ、同等又は同様の目的を果たす代替的な特徴で置き換えられ得る。したがって、特に記載されない限り、開示される各特徴は、一般的な一連の同等又は同様の特徴の一例に過ぎない。
本明細書に開示される特徴の全ては、このような特徴及び/又は工程の少なくともいくつかが互いに排他的である組合せを除いて、任意の組合せで組み合わされ得る。特に、本発明の好適な特徴は、本発明の全ての態様に適用可能であり、任意の組合せで使用され得る。同様に、非本質的な組合せで記載される特徴は、別々に(組み合わされずに)使用され得る。
上記及び以下において、特に記載されない限り、パーセンテージは、重量パーセントであり、温度は、℃で示される。誘電率ε(「絶対誘電率」)の値は、20℃及び1,000Hzで取られた値を示す。
これより、本発明が、以下の実施例を参照してより詳細に説明され、これらの実施例は、あくまでも例示的なものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
(実施例)
実施例1
ジエチル2,5−ビス(ジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]チオフェン−2−イル)テレフタレート(3)
乾燥THF(75cm)中のジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]チオフェン(5.399g;27.50mmol)の溶液を、−78℃に冷却し、n−BuLi(11.0cm;27.5mmol)を10分間にわたって加えた。混合物を、3時間にわたって低温で撹拌したところ、黄色の懸濁液が得られた。トリブチルスズクロリド(7.9cm;27.50mmol)を、溶液に一度に注入し、混合物を、冷却浴で10分間、次に、室温で3時間撹拌したところ、透明の黄色の溶液が得られた。溶液を、真空蒸発によって蒸発乾固させたところ、黄色の油が得られた。
ジエチル2,5−ジブロモ−テレフタレートの固体(4.75g;12.50mmol、Pd(II)(PPhCl(527.9mg;0.75mmol)及び乾燥DMF(50.0cm)を、連続して加え、混合物を、15時間にわたって100℃まで加熱したところ、緑褐色の懸濁液が得られた。エタノール(100cm)を加え、沈殿物を吸引ろ過して取り除き、ろ過ケーキを、エタノールで洗浄し、次に、フィルタ上で空気乾燥させたところ、粗生成物が濃い黄色の結晶として得られた。クロロホルムで溶離されるシリカにおけるフラッシュカラムクロマトグラフィーによって固体を精製したところ、純粋な生成物が鮮黄色の粉末状の固体(4.667g、61%)として得られた。H−NMR(CDCl、300MHz):δ=1.17(t,J=7.2Hz,3H)、4.27(q,J=7.2Hz,2H)、7.32(d,J=5.3Hz,1H)、7.33(s,1H)、7.41(d,J=5.3Hz,1H)、7.92(s,1H)。
ジエチル2,5−ビス(6−トリメチルシリルジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]チオフェン−2−イル)テレフタレート
無水THF(30cm)中のジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]チオフェン(1.963g;10.00mmol)の溶液を、−78℃に冷却し、n−BuLi(4.2cm;10.50mmol)を5分間にわたって加えた。混合物を、3時間にわたって低温で撹拌したところ、高粘度の黄色の懸濁液が得られた。クロロトリメチルシラン(1.60cm;12.61mmol)を、溶液に一度に注入し、混合物を、冷却浴で10分間、次に、22℃で1時間撹拌したところ、透明の黄色の溶液が得られた。
溶液を、真空蒸発によって蒸発乾固させたところ、黄緑色の油残留物が得られた。石油
エーテル(40〜60)で溶離されるシリカにおけるフラッシュカラムクロマトグラフィーによって混合物を直接精製したところ、無色油(2.367g、88%)が得られた。H−NMR(CDCl、300MHz);δ=0.20(s,9H)、7.13(d,J=5.3Hz,1H)、7.22(s,1H)、7.22(d,J=5.3Hz)。GCMS:m/e 268(M)。
乾燥THF(25cm)中の2−トリメチルシリルジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]チオフェン(2.35g;8.75mmol)の溶液を、−78℃に冷却し、n−BuLi(3.85cm;9.61mmol)を10分間にわたって加えた。混合物を、2時間にわたって室温で撹拌したところ、黄色の乳状の溶液が得られた。トリブチルスズクロリド(3.1cm;10.86mmol)を溶液に一度に注入し、混合物を、冷却浴で10分間、次に、室温で1時間撹拌したところ、透明の黄色の溶液が得られた。溶液を、真空蒸発によって蒸発乾固させた。残渣を石油エーテル(40〜60)に溶解させ、溶液を、ガラス繊維フィルタに通して吸引ろ過した。ろ液を、減圧下で蒸発乾固させたところ、濃い黄色の油が得られた。ジエチル2,5−ジブロモ−テレフタレート(1.52g;4.00mmol、Pd(II)(PPhClの固体(168.9mg;0.24mmol)及び乾燥DMF(25cm)を連続して加え、混合物を、15時間にわたって100℃まで加熱したところ、黄褐色の懸濁液が得られた。溶液を真空蒸発により乾固させたところ、暗黄色の固体が得られた。固体をシクロヘキサンに溶解させ、最初にシクロヘキサンで溶離されるシリカにおけるフラッシュカラムにかけて、一番前の黄色の画分を除去した。次に、溶離剤を、クロロホルムに替えて、第2の黄色の画分を洗い流した。第2の画分をほぼ乾固するまで濃縮し、次に、メタノールを用いて粉砕した。沈殿物を、吸引ろ過によって収集し、メタノールで洗浄し、次に、フィルタ上で空気乾燥したところ、生成物が濃い黄色の結晶(2.09g、69%)として得られた。H−NMR(CDCl、300MHz):δ=0.20(s,9H)、0.97(t,J=7.1Hz,3H)、4.07(q,J=7.1Hz,2H)、7.15(s,1H)、7.23(s,1H)、7.73(s,1H)。
中間体(C12−IDDTT)
−55℃(外部)で乾燥THF(75cm)中の1−ブロモ−4−ドデシルベンゼン(5.0g;15.0mmol)の透明の溶液に、10分間にわたってn−BuLi(6.0cm;15.0mmol)を加えた。混合物は、乳白色の溶液へと徐々に変化した。溶液を−55℃で2時間撹拌した。ジエチルテレフタレート3の黄色の固体(1.83g;3.00mmol)を一度に加え、懸濁液を、冷却浴で4時間撹拌し、15時間かけて自然に室温になるまで温度を上昇させたところ、褐色の溶液が得られた。
希釈NHCl溶液(50cm)を加え、混合物を室温で30分間撹拌した。上側の橙赤色の有機層を分離した。下側の水相を、DCM(50cm)で1回抽出し、組み合
わされた有機溶液を蒸発乾固させたところ、赤色の油が得られた。メタノール(100cm)を加え、油を、固化するまで研和した。橙赤色の固体を吸引ろ過して取り除き、メタノールでよく洗浄し、次に、フィルタ上で空気乾燥したところ、粗ジオール3.47gが得られた。
ジオールを、DCM100cmに溶解させた。p−トルエンスルホン酸一水和物(0.63g、3.28mmol)を、固体として一度に加えた。溶液を室温で30分間撹拌したところ、褐色の溶液が得られた。トリエチルアミン(2cm)を加えて、反応をクエンチし、混合物を真空蒸発により乾固させた。メタノール(50cm)を残渣に加え、褐色の固体沈殿物を、吸引ろ過によって収集し、メタノールで洗浄した。次に、生成物が沈降しなくなるまで(TLCによって監視される)、ソックスレー装置を用いて、固体をシクロヘキサンで抽出した。淡褐色の溶液を、減圧下で濃縮し、次に、シクロヘキサンで溶離されるシリカにおけるフラッシュカラムにかけたところ、黄色の粘着性の固体が得られた。固体を、シクロヘキサン−エタノールから結晶化したところ、生成物が黄色の結晶(0.498g、11.3%)として得られた。H−NMR(CDCl、300MHz):δ=0.87(t,J=6.8Hz,6H)、1.24(m,36H)、1.58(m,4H)、2.55(t,J=7.8Hz,4H)、7.10(d,J=8.3Hz,4H)、7.20(d,J=5.3Hz,1H)、7.22(d,J=8.3Hz,4H)、7.30(d,J=5.30Hz,1H)、7.51(s,1H)。
モノマー1(C12−IDDTT−Br
クロロホルム(30.0cm)中の中間体6(C12−IDDTT)(0.617g;0.42mmol)の溶液に、酢酸(10.0cm)を滴下して加えた後、NBS(0.166g;0.92mmol)を固体として一度に加えた。混合物を22℃で2時間撹拌したところ、黄褐色の溶液が得られた。懸濁液が得られるまで、溶液を、減圧下で、ロータリーエバポレータにおいて濃縮した。エタノール(20cm)を加え、黄色の固体を、吸引ろ過によって収集し、次に、エタノールで洗浄し、空気乾燥した。
粗生成物を、シクロヘキサンで溶離されるシリカにおけるフラッシュカラムにかけたところ、黄緑色の固体が得られた。固体を、シクロヘキサン−エタノールからさらに結晶化したところ、鮮黄色の固体(0.60g、87%)が得られた。H−NMR(CDCl、300MHz):δ=0.92(t,J=6.8Hz,6H)、1.31(m,36H)、1.63(m,4H)、2.61(t,J=7.8Hz,4H)、7.15(d,J=8.4Hz,4H)、7.24(d,J=8.4Hz,4H)、7.26(s,1H)、7.60(s,1H)。13C−NMR(CDCl、75MHz):δ=14.2、23.0、29.69、29.81、29.83、30.00、30.02、31.7、32.3、35.9、63.6、117.2、123.8、128.4、129.0、132.4、133.0、135.6、136.3、140.1、142.6、142.7、147.8。
実施例2
中間体C16−IDDTT
−35℃で乾燥THF(50cm)中の1−ブロモ−4−ヘキサデシルベンゼン(1.932g;5.00mmol)の透明の溶液に、20分間にわたってn−BuLi(2.0cm;5.00mmol)を加えた。得られた乳状の黄色の溶液を、−30〜−35℃でさらに1時間撹拌した。(実施例1からの)ジエチル2,5−ビス(6−トリメチルシリルジチエノ[3,2−b;2’,3’−d]チオフェン−2−イル)テレフタレートの固体(0.755g;1.00mmol)を一度に加え、懸濁液を、冷却浴で4時間撹拌してから、15時間かけて自然に室温になるまで温度を上昇させたところ、透明のオレンジ色の溶液が得られた。水(50cm)を加え、混合物を、30分間撹拌したところ、黄色の2層の混合物が得られた。上側の有機層を分離し、下側の水相を、ジエチルエーテル(30cm)で1回抽出した。
組み合わされた有機溶液を真空蒸発させて、有機溶媒を除去した。アセトニトリル(50cm)を残渣に加え、粘着性の黄色の固体を、吸引ろ過によって収集し、アセトニトリルで洗浄し、次に、吸引しながらフィルタ上で空気乾燥した。
固体を、クロロホルム(40cm)に溶解させ、p−トルエンスルホン酸一水和物(50.0mg;0.26mmol)を撹拌しながら加えた。濃い黄色の溶液を室温で15時間撹拌したところ、黄褐色の溶液が得られた。溶媒を真空蒸発によって除去し、残渣を、エタノールを用いて研和し、次に、吸引ろ過して取り除き、エタノールで洗浄し、空気乾燥した。シクロヘキサン中5%のdcmで溶離されるシリカにおけるフラッシュカラムクロマトグラフィーによって固体を精製したところ、黄色の固体が得られた。固体を、クロロホルムに溶解させることによってさらに精製し、次に、エタノールを用いて沈殿させたところ、鮮黄色の固体(0.82g、48%)が得られた。H NMR(CDCl、300MHz):δ=0.87(t,J=6.7Hz,6H)、1.24(m,52H)、1.58(m,4H)、2.55(m,4H)、7.09(d,J=8.3Hz,4H)、7.20(d,J=5.2Hz,1H)、7.21(d,J=8.3Hz,4H)、7.30(d,J=5.3Hz,1H)、7.51(s,1H)。
モノマー2(C16−IDDTT−Br
クロロホルム(30cm)中のC16−IDDTT(0.820g;0.48)の溶液に、酢酸(10cm)を滴下して加えた後、NBS(0.192g;1.07mmol)を一度に加えた。混合物を、22℃で2時間撹拌したところ、黄褐色の溶液が得られた。懸濁液が得られるまで、溶液を、ロータリーエバポレータにおいて濃縮した。エタノール(20cm)を加え、黄色の固体を、吸引ろ過によって収集し、エタノールで洗浄し、次に、空気乾燥した。
粗製の黄色の固体を、シクロヘキサンで溶離されるシリカにおけるフラッシュカラムクロマトグラフィーにかけた。固体を、シクロヘキサン−エタノール混合物から再結晶化によってさらに精製したところ、生成物が鮮黄色の固体(0.76g、83%)として得られた。H−NMR(CDCl、300MHz 13124.1):δ=0.87(t,J=6.7Hz,6H)、1.24(m,52H)、1.57(m,4H)、2.55(m,4H)、7.09(d,J=8.3Hz,4H)、7.18(d,J=8.3Hz,4H)、7.19(s,1H)、7.50(s,1H)
実施例3
ポリマーP−1(ポリ−C12−IDDTT−コ−C−Phen)
シュレンク管に、9,10−ジオクチル−2,7−フェナントリレン−ビス(1,3,2−ジオキサボロラン)(166.8mg;0.31mmol)、C12−IDDTT−Br(実施例1からのモノマー1)(500.0mg;0.31mmol)Pd(dba)(3.5mg;1.2mol%)、トリ−o−トリル−ホスフェート(7.5mg;8.0mol%)及びリン酸カリウム一水和物(0.319g;1.38mmol、450mol%)を仕込んだ。この密閉管に、トルエン(3.0cm)、1,4−ジオキサン(3.0cm)及びHPLC−水(3.0cm)も加えた。次に、濃い黄色の高粘度の懸濁液を、1時間脱気した(Nをバブリングしながら撹拌した)。
脱気した懸濁液を、110℃の予熱された油浴に入れ、1時間40分にわたって激しく撹拌した。管を、油浴から引き上げ、5分間にわたって短時間で冷却した。ブロモベンゼ
ン(0.05ml、0.47mmol)を、シリンジを介して加えた。管を油浴に戻し入れ、50分間激しく撹拌した。管を、浴から引き上げ、再度短時間で冷却した後、フェニルボロン酸(75mg、0.62mmol、0.5mlの脱気した1,4−ジオキサンに溶解された)を加えた。混合物を加熱し、さらに30分間撹拌し、次に、室温に冷ました。高粘度の赤色のスラリーを、激しく撹拌されたメタノール(200cm)中に移し、30分間撹拌した。赤色の固体を、吸引ろ過によって収集し、メタノール、水、次に、アセトンで順次洗浄した。次に、ポリマー固体を、アセトン、シクロヘキサン、クロロホルム及びクロロベンゼンを順次用いたソックスレー抽出によって精製した。クロロホルム画分が、オレンジ色の繊維状固体(77mg)を生じた。GPC(クロロベンゼン、50℃)によって測定した分子量は、M=100,100;M=380,000g/mol;Pd:=9.08であった。クロロベンゼン画分が、M/M=112,700/498,800、Pd=4.43(クロロベンゼン、50℃)の分子量;及びM/M=114,500/643,100、Pd=5.62(1,2,4−トリクロロベンゼン、140℃)の分子量を有する別のバッチのオレンジ色の繊維状固体(156mg)を生じた。これらの2つのバッチの固体の合わせた収率は41%であった。
実施例4
ポリマーP−2(ポリ−C16−IDDTT−コ−BiT)
シュレンク管に、C16−IDDTT−Br(実施例3からのモノマー2)(407.1mg;0.22mmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(108.2mg;0.22mmol)、Pd(dba)(2.8mg;0.004mmol)、トリ−o−トリルホスフィン(6.1mg;0.02mmol)、無水トルエン(9.0cm)及びDMF(1.0cm)を仕込んだ。混合物を、1時間窒素をバブリングすることによって脱気し、次に、110℃で30分間加熱したところ、赤色の粘着性の溶液が得られた。ブロモ−ベンゼン(0.05cm;0.47mmol)を加え、混合物を、110℃で50分間撹拌した後、フェニルトリ(n−ブチル)スタンナン(0.2cm;0.62mmol)を加えた。赤色の溶液を、加熱しながら、さらに50分間撹拌した。
溶液を、10分間にわたって自然に少し冷まし、次に、撹拌されたメタノール中に沈殿させ、赤色のポリマー繊維を吸引ろ過して取り除き、メタノール及びアセトンで洗浄した。固体を、アセトン、石油エーテル(40〜60℃)、シクロヘキサン、最後にクロロホルムによるソックスレー抽出によって精製した。クロロホルム溶液を濃縮し、次に、撹拌されたメタノール中に沈殿させた。赤色の固体を、吸引ろ過によって収集し、メタノール及びアセトンで洗浄し、次に、減圧下で乾燥させたところ、ポリマーP−2が暗赤色の固体(0.39g、95%)として得られた。分子量を、50℃で溶離剤としてクロロベンゼンを用いたGPCによって測定したところ、Mn/Mw=120,100/428,300g/mol;Pd=3.57を示した。
実施例5
ポリマーP−3(ポリ−C16−IDDTT−コ−TT)
シュレンク管に、C16−IDDTT−Br(実施例3からのモノマー2)(407.1mg;0.22mmol)、2,5−ビス(トリメチルスタンニル)チエノ[3,2−b]チオフェン(102.5mg;0.22mmol)、Pd(dba)(2.8mg;0.004mmol)、トリ−o−トリルホスフィン(6.1mg;0.02mmol)、無水トルエン(10.0cm)及びDMF(1.0cm)を仕込んだ。混合物を、1時間窒素をバブリングすることによって脱気し、次に、110℃で5分間加熱したところ、赤色の粘着性の溶液が得られた。クロロベンゼン(5.0cm)及びブロモベンゼン(0.05cm;0.47mmol)を加え、混合物を110℃で10分間撹拌した後、フェニルトリ(n−ブチル)スタンナン(0.2cm;0.62mmol)を加えた。赤色の溶液を、加熱しながらさらに50分間撹拌した。
溶液を、自然に少し冷まし、次に、撹拌されたメタノール中に沈殿させ、濃い赤色のポリマー繊維を吸引ろ過して取り除き、アセトンで洗浄した。固体を、アセトン、シクロヘキサン、最後にクロロベンゼン(150cm)によるソックスレー抽出によって精製した。クロロベンゼン溶液を室温に冷まし、次に、撹拌されたメタノール中に沈殿させた。赤色の固体を、吸引ろ過によって収集し、アセトンで洗浄し、次に、減圧下で乾燥させたところ、ポリマーP−3が暗赤色の固体(0.363g、90%)として得られた。分子量を、50℃で溶離剤としてクロロベンゼンを用いたGPCによって測定したところ、Mn/Mw=127,800/313,100g/mol;Pd=2.45を示した。
実施例6
電界効果トランジスタの作製及び測定:一般的な手順
トップゲートボトムコンタクト型の薄膜有機電界効果トランジスタ(OFET)を、熱蒸着されたAuソース−ドレイン電極を用いて、XGガラス基板上に作製した。ガラス基板を、デコン(Decon)90で30分間処理し、脱イオン水で4回すすぎ、脱イオン水及びメタノール中で、順次、それぞれ1分間にわたって超音波で分解し、最後に、空気中で遠心脱水した。Au電極を、0.1〜0.2nm/秒の速度で、5×10−6ミリバールの真空下で蒸着した。7mg/cmの濃度でo−ジクロロベンゼン中の本発明に係る半導体ポリマーを含む溶液を、上にスピンコーティングし、その後、フルオロポリマー誘電体材料(D139)のスピンコーティングが続いた。最後に、Auゲート電極を、熱蒸着によって蒸着した。トランジスタデバイスの電気特性評価を、周囲空気雰囲気中で、コンピューター制御のアジレント4155C半導体パラメータ・アナライザ(Agilent 4155C Semiconductor Parameter Analyser)を用いて行った。飽和領域(μsat)(V>(V−V))におけるポリマーの電荷担体移動度を、式(1):
(式中、Wが、チャネル幅であり、Lが、チャネル長さであり、Cが、絶縁層の静電容量であり、Vが、ゲート電圧であり、Vが、ターンオン電圧であり、μsatが、飽和領域における電荷担体移動度である)
を用いて計算した。ターンオン電圧(V)を、ソース−ドレイン電流の発生として測定した。
実施例3からのポリマーP−1のμsatが、10のIon/Ioffで、0.03cm/Vsであることが示された。

Claims (25)

  1. 式I
    (式中、
    及びWが、互いに独立して、C(R)、C=C(R)、Si(R)又はC=Oであり、
    及びXが、互いに独立して、S、C(R)、Si(R)、C=C(R)又はC=Oであり、
    及びTのうちの一方がSであり、他方がCHであり、
    1〜4が、互いに独立して、H、1〜30個のC原子を有する直鎖状、分枝鎖状又は環状アルキルを表し、O及び/又はS原子が、互いに直接連結されないように、1つ以上の非隣接CH基が、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−CF−、−NR−、−SiR00−、−CHR=CR00−、−CY=CY−又は−C≡C−で任意選択的に置換され、1つ以上のH原子が、F、Cl、Br、I又はCNで任意選択的に置換され、又は任意選択的に置換される、4〜20個の環原子を有するアリール、ヘテロアリール、アリールオキシ又はヘテロアリールオキシを表し、
    及びYが、互いに独立して、H、F、Cl又はCNであり、
    及びR00が、互いに独立して、H又は任意選択的に置換されるC1〜40カルビル又はヒドロカルビルであり、好適には、H又は1〜12個のC原子を有するアルキルを表す)
    の1つ以上の繰返し単位を含むポリマー。
  2. 式Iの前記単位中、X及びXが、Sを表すことを特徴とする、請求項1に記載のポリマー。
  3. 式Iの前記単位が、下式:

    (式中、R1〜4が、請求項1に示される意味を有する)
    から選択されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のポリマー。
  4. 式Iの前記単位中、R1〜4が、非置換であるか又は1つ以上のF原子で置換される、1〜30個のC原子を有する、直鎖状、分枝鎖状又は環状アルキルを表すか、又は1〜30個のC原子を有する、1つ以上の直鎖状、分枝鎖状又は環状アルキル基で置換されるアリール又はヘテロアリールを表し、O及び/又はS原子が、互いに直接連結されないように、1つ以上の非隣接CH基が、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−NR−、−SiR00−、−CF−、−CHR=CR00−、−CY=CY−又は−C≡C−で任意選択的に置換され、1つ以上のH原子が、F、Cl、Br、I又はCNで任意選択的に置換されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリマー。
  5. 式II
    −[(Ar−(U)−(Ar−(Ar]− II
    (式中、
    Uが、請求項1〜4のいずれか一項において定義される式Iの単位であり、
    Ar、Ar、Arが、出現するごとに同一に又は異なって、互いに独立して、アリール又はヘテロアリールであり、これは、Uと異なり、好適には、5〜30個の環原子を有し、好適には、1つ以上の基Rで任意選択的に置換され、
    が、出現するごとに同一に又は異なって、F、Br、Cl、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(O)NR00、−C(O)X、−C(O)R、−NH、−NR00、−SH、−SR、−SOH、−SO、−OH、−NO、−CF、−SF、任意選択的に置換されるシリル、任意選択的に置換され、1つ以上のヘテロ原子を任意選択的に含む、1〜40個のC原子を有する、カルビル又はヒドロカルビル、又はP−Sp−であり、
    及びR00が、互いに独立して、H又は任意選択的に置換されるC1〜40カルビル又はヒドロカルビルであり、
    Pが、重合性又は架橋性基であり、
    Spが、スペーサ基又は単結合であり、
    が、ハロゲン、好適には、F、Cl又はBrであり、
    a、b、cが、出現するごとに同一に又は異なって、0、1又は2であり、
    dが、出現するごとに同一に又は異なって、0又は1〜10の整数である)
    の1つ以上の単位を含み、
    式II(式中、bが少なくとも1である)の少なくとも1つの繰返し単位を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載のポリマー。
  6. 式III
    −[(Ar−(A−(Ar−(Ar]− III
    (式中、Ar、Ar、Ar、a、b、c及びdが、請求項5において定義されるとおりであり、Aが、アリール又はヘテロアリール基であり、これは、U及びAr1〜3と異なり、5〜30個の環原子を有し、請求項5において定義される1つ以上の基Rで任意選択的に置換され、電子受容体特性を有するアリール又はヘテロアリール基から選択される)
    から選択される1つ以上の繰返し単位をさらに含み、式III(式中、bが少なくとも1である)の少なくとも1つの繰返し単位を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリマー。
  7. 式IV:
    (式中、
    Aが、請求項1〜5のいずれか一項において定義される式Iの単位であり、
    Bが、Aと異なり、任意選択的に置換される1つ以上のアリール又はヘテロアリール基を含む単位であり、好適には、請求項6において定義される式IIIから選択され、
    xが、0より大きく1以下であり、
    yが、0以上1未満であり、
    x+yが1であり、
    nが1より大きい整数である)
    から選択されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のポリマー。
  8. 下式
    −[(Ar−U−Ar−(Ar IVa
    −[(Ar−U−Ar−(Ar−Ar IVb
    −[(Ar−U−Ar−(Ar−Ar−Ar IVc
    −[(Ar−(U)−(Ar−(Ar IVd
    −[(Ar−(U)−(Ar−(Ar−[(Ar−(A−(Ar−(Ar IVe
    (式中、U、Ar、Ar、Ar、a、b、c及びdが、出現するごとに同一に又は異なって、請求項5に示される意味のうちの1つを有し、Aが、出現するごとに同一に又は異なって、請求項6に示される意味のうちの1つを有し、x、y及びnが、請求項7において定義されるとおりであり、これらのポリマーが、交互又はランダムコポリマーであり得、式IVd及びIVe中、繰返し単位[(Ar−(U)−(Ar−(Ar]の少なくとも1つ及び繰返し単位[(Ar−(A−(Ar−(Ar]の少なくとも1つの中で、bが少なくとも1である)
    から選択されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のポリマー。
  9. 式V
    −鎖−R
    (式中、「鎖」が、請求項7又は8において定義される式IV又はIVa〜IVeから選択されるポリマー鎖であり、R及びRが、互いに独立して、H、F、Br、Cl、I、−CHCl、−CHO、−CR’=CR’’、−SiR’R’’R’’’、−SiR’X’X’’、−SiR’R’’X’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)、−O−SO−R’、−C≡CH、−C≡C−SiR’、−ZnX’、P−Sp−又はエンドキャップ基を表し、ここで、P及びSpが、請求項5において定義されるとおりであり、X’及びX’’が、ハロゲンを表し、R’、R’’及びR’’’が、互いに独立して、請求項5に示されるRの意味のうちの1つを有し、R’、R’’及びR’’’のうちの2つがまた、それらが結合されるヘテロ原子と一緒に環を形成し得る).
    から選択されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載のポリマー。
  10. Ar、Ar及びArのうちの1つ以上が、下式

    (式中、X11及びX12のうちの一方がSであり、他方がSeであり、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17及びR18が、互いに独立して、Hを表し、又は請求項1において定義されるRの意味のうちの1つを有する)
    からなる群から選択されるアリール又はヘテロアリールを表す、請求項1〜9のいずれか一項に記載のポリマー。
  11. 及び/又はArが、下式

    (式中、X11及びX12のうちの一方がSであり、他方がSeであり、R11、R12、R13、R14及びR15が、互いに独立して、Hを表し、又は請求項1において定義されるRの意味のうちの1つを有する)
    からなる群から選択されるアリール又はヘテロアリールを表す、請求項1〜10のいずれか一項に記載のポリマー。
  12. Arが、以下の単位:
    (式中、R1〜4が、請求項1又は4において定義されるとおりである)
    からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載のポリマー。
  13. 部分式

    (式中、R及びRが、請求項1又は4において定義されるとおりであり、nが、請求項7において定義されるとおりである)
    から選択されることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載のポリマー。
  14. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の1つ以上のポリマーと、半導体、電荷輸送、正孔/電子輸送、正孔/電子阻止、導電、光伝導又は発光特性を有する1つ以上の化合物又はポリマーとを含む混合物又はポリマーブレンド。
  15. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の1つ以上のポリマーと、1つ以上のn型有機半導体化合物とを含むことを特徴とする、請求項14に記載の混合物又はポリマーブレンド。
  16. 前記n型有機半導体化合物が、フラーレン又は置換フラーレンであることを特徴とする、請求項15に記載の混合物又はポリマーブレンド。
  17. 請求項1〜16のいずれか一項に記載の1つ以上のポリマー、混合物又はポリマーブレンドと、好適には、有機溶媒から選択される1つ以上の溶媒とを含む配合物。
  18. 光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンスもしくは光輝性デバイス中の、又はこの
    ようなデバイスの構成要素中の、又はこのようなデバイスもしくは構成要素を含む組立体中の電荷輸送、半導体、導電、光伝導又は発光材料としての、請求項1〜17のいずれか一項に記載のポリマー、混合物、ポリマーブレンド又は配合物の使用。
  19. 請求項1〜18のいずれか一項に記載のポリマー、配合物、混合物又はポリマーブレンドを含む、電荷輸送、半導体、導電、光伝導又は発光材料。
  20. 電荷輸送、半導体、導電、光伝導又は発光材料を含むか、又は請求項1〜19のいずれか一項に記載のポリマー、混合物、ポリマーブレンド又は配合物を含む、光学、電気光学、電子、エレクトロルミネセンスもしくは光輝性デバイス、又はそれらの構成要素、又はそれを含む組立体。
  21. 前記デバイスが、有機電界効果トランジスタ(OFET)、薄膜トランジスタ(TFT)、有機発光ダイオード(OLED)、有機発光トランジスタ(OLET)、有機光起電デバイス(OPV)、有機光検出器(OPD)、有機太陽電池、レーザーダイオード、ショットキーダイオード及び光伝導体から選択され、前記構成要素が、電荷注入層、電荷輸送層、中間層、平坦化層、帯電防止フィルム、ポリマー電解質膜(PEM)、導電性基板、導電性パターンから選択され、前記組立体が、集積回路(IC)、無線自動識別(RFID)タグ又はセキュリティマーキングもしくはそれらを含むセキュリティデバイス、フラットパネルディスプレイ又はそのバックライト、電子写真デバイス、電子写真記録デバイス、有機記憶デバイス、センサデバイス、バイオセンサ及びバイオチップから選択される、請求項20に記載のデバイス、その構成要素、又はそれを含む組立体。
  22. OFET、バルクヘテロ接合(BHJ)OPVデバイス又は逆型BHJ OPVデバイスである、請求項21に記載のデバイス。
  23. 式VI
    −(Ar−U−(Ar−R VI
    (式中、a及びcが、請求項5において定義されるとおりであり、U、Ar及びArが、請求項5又は10において定義されるとおりであり、R及びRが、Cl、Br、I、O−トシレート、O−トリフレート、O−メシレート、O−ノナフレート、−SiMeF、−SiMeF、−O−SO、−B(OZ、−CZ=C(Z、−C≡CH、−C≡CSi(Z、−ZnX及び−Sn(Zから選択され、ここで、Xが、ハロゲン、好適には、Cl、Br又はIであり、Z1〜4が、それぞれが任意選択的に置換されるアルキル及びアリールからなる群から選択され、2つの基Zがまた、一緒に環式基を形成し得る)
    のモノマー。
  24. 下式
    −Ar−U−Ar−R VI1
    −U−R VI2
    −Ar−U−R VI3
    −U−Ar−R VI4
    (式中、U、Ar、Ar、R及びRが、請求項23において定義されるとおりである)
    から選択される、請求項23に記載のモノマー。
  25. アリール−アリールカップリング反応で、請求項23又は24に記載の1つ以上のモノマー(ここで、R及びRが、Cl、Br、I、−B(OZ及び−Sn(Zから選択される)を、互いに及び/又は下式
    −(Ar−A−(Arc−
    −Ar−R
    −Ar−R
    (式中、Ar、Ar、a及びcが、請求項23において定義されるとおりであり、Arが、請求項5、10又は11において定義されるとおりであり、Aが、請求項6又は11において定義されるとおりであり、R及びRが、Cl、Br、I、−B(OZ及びSn(Zから選択される)
    から選択される1つ以上のモノマーとカップリングすることによって、請求項1〜13のいずれか一項に記載のポリマーを調製する方法。
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