JP2016164238A - NOVEL π-CONJUGATED POLYMER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND INTERMEDIATE AND USE THEREFOR - Google Patents

NOVEL π-CONJUGATED POLYMER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME, AND INTERMEDIATE AND USE THEREFOR Download PDF

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JP2016164238A
JP2016164238A JP2015045209A JP2015045209A JP2016164238A JP 2016164238 A JP2016164238 A JP 2016164238A JP 2015045209 A JP2015045209 A JP 2015045209A JP 2015045209 A JP2015045209 A JP 2015045209A JP 2016164238 A JP2016164238 A JP 2016164238A
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organic
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育義 冨田
Ikuyoshi Tomita
育義 冨田
寛樹 西山
Hiroki Nishiyama
寛樹 西山
一郎 高瀬
Ichiro Takase
一郎 高瀬
和寿 福井
Kazutoshi Fukui
和寿 福井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a π-conjugated polymer intermediate which can be converted to a variety of functional and useful π-conjugated polymers.SOLUTION: An organic polymer having a repeating unit represented by the formula (1) is subjected to Diels-Alder reaction and oxidation, to produce a variety of functional and useful π-conjugated polymers (where Rand Rare the same or different to represent a linear or branched alkyl group).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、半導体素子、光電変換素子などとして有機半導体や高屈折材料などを形成するのに有用で新規なπ共役高分子並びにその製造方法、中間体及び用途(有機半導体及びそれを用いたデバイスなど)に関する。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for forming organic semiconductors and high refractive materials as semiconductor elements, photoelectric conversion elements, etc., and novel π-conjugated polymers, production methods, intermediates and applications (organic semiconductors and devices using the same Etc.).

金属フタロシアニンに代表される有機金属化合物は、その有機分子−金属間の結合により、特異な電子状態や非常に安定な分子構造を形成するものが多い。これらの特徴により、古くから有機顔料などとして用いられてきた。近年では、熱・光や電場など外部エネルギーに対する応答性から、電子写真方式のプリンターの感光材、CD−Rなどの記録媒体などのエレクトロニクス分野への利用が広まっている。特に、最近では、有機半導体としての機能が注目され、有機トランジスタや有機薄膜太陽電池への利用が検討されている。有機半導体を用いた電子デバイスは、印刷により作製できるため、無機系デバイスに比べて、より安価に大量生産できると期待されている。しかし、従来の有機金属化合物は溶剤に不溶又は難溶であるものが多く、その成膜は主に真空蒸着法で行っているため、作製した電子デバイスは高価であった。   Many organometallic compounds typified by metal phthalocyanines form a unique electronic state or a very stable molecular structure due to the bond between the organic molecule and the metal. Due to these characteristics, it has been used as an organic pigment for a long time. In recent years, responsiveness to external energy such as heat, light, and electric field has led to widespread use in the electronics field, such as photosensitive materials for electrophotographic printers and recording media such as CD-Rs. In particular, recently, its function as an organic semiconductor has attracted attention, and its use for organic transistors and organic thin-film solar cells has been studied. Since an electronic device using an organic semiconductor can be manufactured by printing, it is expected that it can be mass-produced at a lower cost than an inorganic device. However, many of the conventional organometallic compounds are insoluble or hardly soluble in a solvent, and the film formation is mainly performed by a vacuum evaporation method, so that the manufactured electronic device is expensive.

このような課題を改善できる高分子として、特開2013−185009号公報(特許文献1)には、主鎖にアレーン単位とヘテロ元素核(ヘテロ金属原子など)を含む5員環単位とを有する高分子(共役系高分子)、例えば、下記式(A)で表される繰り返し単位を有する有機ヘテロ高分子が開示されている。   As a polymer capable of improving such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-185209 (Patent Document 1) has an arene unit and a 5-membered ring unit containing a heteroelement nucleus (such as a heterometal atom) in the main chain. A polymer (conjugated polymer), for example, an organic heteropolymer having a repeating unit represented by the following formula (A) is disclosed.

Figure 2016164238
Figure 2016164238

(式中、環Arは芳香族性環を示し、Rは直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、直鎖状又は分岐鎖状アルキルチオ基を示し、pは0又は1〜3の整数を示し、MはS、Se又はTeである)。 (In the formula, ring Ar represents an aromatic ring, R represents a linear or branched alkyl group, a linear or branched alkoxy group, a linear or branched alkylthio group, and p represents 0 or an integer of 1 to 3 is shown, and M is S, Se or Te).

この文献の実施例では、下記式(A1)で表される繰り返し単位を有する有機ヘテロ高分子が製造されている。   In the examples of this document, an organic heteropolymer having a repeating unit represented by the following formula (A1) is produced.

Figure 2016164238
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この特許文献1に記載の共役系高分子は、分子量が高いにも拘わらず導電性(キャリア移動度)が高く、高分子有機半導体を形成するのに有用であるものの、さらに導電性及び光電変換効率の高い共役系高分子が求められている。   Although the conjugated polymer described in Patent Document 1 has high conductivity (carrier mobility) despite its high molecular weight, it is useful for forming a polymer organic semiconductor. There is a need for highly efficient conjugated polymers.

また、有機ヘテロ高分子は、光学特性に優れるため、高屈折材料などにも利用できるが、特許文献1の前記式(A1)で表される繰り返し単位を有する有機ヘテロ高分子は、屈折率が十分ではない。   In addition, since organic heteropolymers are excellent in optical properties, they can be used for highly refractive materials. However, organic heteropolymers having a repeating unit represented by the formula (A1) in Patent Document 1 have a refractive index. Not enough.

特開2013−185009号公報(請求項2、実施例1)JP 2013-185209 A (Claim 2, Example 1)

従って、本発明の目的は、機能的で有用な各種π共役高分子に変換できるπ共役高分子の中間体及びこの中間体を用いて得られるπ共役高分子並びにその製造方法及び用途を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an intermediate of a π-conjugated polymer that can be converted into various functional and useful π-conjugated polymers, a π-conjugated polymer obtained by using this intermediate, a method for producing the same, and use thereof. There is.

本発明の他の目的は、有機溶媒に対する溶解性が高く、コーティングなどの簡便な方法により成膜可能なπ共役高分子及びその製造方法、並びにその用途を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a π-conjugated polymer that is highly soluble in an organic solvent and can be formed by a simple method such as coating, a production method thereof, and an application thereof.

本発明のさらに他の目的は、屈折率が高いπ共役高分子及びその製造方法、並びにその用途を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a π-conjugated polymer having a high refractive index, a method for producing the same, and use thereof.

本発明の別の目的は、各種π共役高分子を高収率で製造できるπ共役高分子の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method for producing a π-conjugated polymer capable of producing various π-conjugated polymers with high yield.

本発明のさらに別の目的は、分子量が高いにも拘わらず導電性(キャリア移動度)が高く、安定性も高いπ共役高分子及びその製造方法、並びに前記高分子で形成された有機半導体及びそれを用いたデバイス(半導体デバイス)を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a π-conjugated polymer having high conductivity (carrier mobility) and high stability despite its high molecular weight, a method for producing the same, an organic semiconductor formed from the polymer, and The object is to provide a device (semiconductor device) using the same.

本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、主鎖にフルオレン単位とチオフェンオキシド単位とを有するπ共役高分子が、中間体として、機能的で有用な各種のπ共役高分子に変換できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a π-conjugated polymer having a fluorene unit and a thiophene oxide unit in the main chain is a functional and useful variety of π-conjugated polymers. The present invention has been completed.

すなわち、本発明の有機高分子は、下記式(1)で表される繰り返し単位を有する。   That is, the organic polymer of the present invention has a repeating unit represented by the following formula (1).

Figure 2016164238
Figure 2016164238

(式中、R及びRは、同一又は異なって、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基である)。 (In the formula, R 1 and R 2 are the same or different and are linear or branched alkyl groups).

前記式(1)において、R及びRは、同一又は異なって、直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキル基であってもよい。 In the formula (1), R 1 and R 2 may be the same or different and may be a linear or branched C 4-16 alkyl group.

本発明には、下記式(2)で表される繰り返し単位を有する有機高分子も含まれる。   The present invention also includes an organic polymer having a repeating unit represented by the following formula (2).

Figure 2016164238
Figure 2016164238

(式中、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又は直鎖状もしくは分岐鎖状アルキル基であり、R及びRは前記に同じ)。 (Wherein R 3 and R 4 are the same or different and are a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group, and R 1 and R 2 are the same as above).

本発明には、前記式(1)で表される繰り返し単位を有する有機高分子とアセチレンジカルボン酸又はそのジアルキルエステルとを反応させる反応工程を含む前記式(2)で表される繰り返し単位を有する有機高分子の製造方法も含まれる。   In this invention, it has a repeating unit represented by the said Formula (2) including the reaction process which reacts the organic polymer which has a repeating unit represented by the said Formula (1), and acetylenedicarboxylic acid or its dialkyl ester. An organic polymer production method is also included.

本発明には、下記式(3)で表される繰り返し単位を有する有機高分子も含まれる。   The present invention also includes an organic polymer having a repeating unit represented by the following formula (3).

Figure 2016164238
Figure 2016164238

(式中、R及びRは前記に同じ)。 (Wherein R 1 and R 2 are the same as above).

本発明には、前記式(1)で表される繰り返し単位を有する有機高分子を酸化する酸化工程を含む前記式(3)で表される繰り返し単位を有する有機高分子の製造方法も含まれる。   The present invention also includes a method for producing an organic polymer having a repeating unit represented by the formula (3), which includes an oxidation step of oxidizing the organic polymer having a repeating unit represented by the formula (1). .

本発明には、有機半導体を形成するための組成物であって、前記式(2)又は(3)で表される繰り返し単位を有する有機高分子と有機溶媒とを含む組成物も含まれる。また、本発明には、前記式(2)又は(3)で表される繰り返し単位を有する有機高分子を含む有機半導体も含まれる。さらに、本発明には、基材の少なくとも一方の面に前記組成物を塗布して乾燥し、有機半導体を形成する有機半導体の製造方法も含まれる。   The present invention includes a composition for forming an organic semiconductor, which includes an organic polymer having a repeating unit represented by the formula (2) or (3) and an organic solvent. The present invention also includes an organic semiconductor containing an organic polymer having a repeating unit represented by the formula (2) or (3). Furthermore, the present invention includes a method for producing an organic semiconductor in which the composition is applied to at least one surface of a substrate and dried to form an organic semiconductor.

本発明には、前記式(2)又は(3)で表される繰り返し単位を有する有機高分子を含む電子デバイスも含まれる。この電子デバイスは、光電変換素子、スイッチング素子及び整流素子から選択された一種であってもよい。   The present invention also includes an electronic device including an organic polymer having a repeating unit represented by the formula (2) or (3). This electronic device may be a kind selected from a photoelectric conversion element, a switching element, and a rectifying element.

本発明では、π共役高分子の主鎖にフルオレン単位とチオフェンオキシド単位とを組み合わせることにより、中間体として、機能的で有用な各種のπ共役高分子に容易に変換できる。また、側鎖に長鎖アルキル鎖を導入すると、有機溶媒に対する溶解性を向上できるため、コーティング組成物とし、コーティングなどの簡便な方法により有機半導体を成膜可能である。また、フルオレン骨格を有するためか、屈折率も向上でき、高屈折材料などに利用できる。さらに、各種π共役高分子を高収率で製造できる。特に、分子量が高いにも拘わらず導電性(キャリア移動度)が高い上に、安定性も高いため、有機半導体及びそれを用いたデバイス(半導体デバイス)として適している。   In the present invention, by combining a fluorene unit and a thiophene oxide unit with the main chain of the π-conjugated polymer, it can be easily converted into various functional and useful π-conjugated polymers as intermediates. In addition, when a long alkyl chain is introduced into the side chain, the solubility in an organic solvent can be improved, so that an organic semiconductor can be formed into a coating composition by a simple method such as coating. In addition, because of having a fluorene skeleton, the refractive index can be improved and it can be used as a high refractive material. Furthermore, various π-conjugated polymers can be produced with high yield. In particular, although the molecular weight is high, the conductivity (carrier mobility) is high and the stability is high, so that it is suitable as an organic semiconductor and a device (semiconductor device) using the organic semiconductor.

[中間体]
前記式(1)で表される繰り返し単位を有する有機高分子[有機高分子(1)]は、中間体として利用される。前記式(1)において、R及びRは溶媒可溶性を付与するのに有用である。R及びRで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デカニル基、ウンデカニル基、ドデカニル基などの直鎖状又は分岐鎖状アルキル基などが例示できる。アルキル基は、通常、直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキル基、好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C6−12アルキル基、さらに好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C6−10アルキル基(特にn−オクチル基などの直鎖状C6−10アルキル基)である。RとRとは、異なっていてもよいが、通常、同一である。
[Intermediate]
The organic polymer [organic polymer (1)] having a repeating unit represented by the formula (1) is used as an intermediate. In the formula (1), R 1 and R 2 are useful for imparting solvent solubility. Examples of the alkyl group represented by R 1 and R 2 include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, s-butyl group, t-butyl group, pentyl group, neopentyl group, Examples thereof include linear or branched alkyl groups such as hexyl group, heptyl group, n-octyl group, 2-ethylhexyl group, nonyl group, decanyl group, undecanyl group, and dodecanyl group. The alkyl group is usually a linear or branched C 4-16 alkyl group, preferably a linear or branched C 6-12 alkyl group, more preferably a linear or branched C 6-10. An alkyl group (particularly a linear C 6-10 alkyl group such as an n-octyl group). R 1 and R 2 may be different but are usually the same.

前記有機高分子(1)は、前記繰り返し単位(1)を含んでいればよく、繰り返し単位(1)の割合は、有機高分子を構成する全単位に対して10モル%以上であってもよいが、導電性や高屈折率性を向上できる点から、前記繰り返し単位(1)を主要な単位として含んでいればよく、例えば50〜100モル%、好ましくは60〜100モル%(例えば70〜99モル%)、さらに好ましくは80〜100モル%(特に80〜95モル%)程度であってもよい。他の繰り返し単位は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、前記繰り返し単位(1)と共重合可能な単位を使用できる。   The organic polymer (1) only needs to contain the repeating unit (1), and the proportion of the repeating unit (1) may be 10 mol% or more with respect to all units constituting the organic polymer. However, from the viewpoint of improving electrical conductivity and high refractive index, the repeating unit (1) may be contained as a main unit, for example, 50 to 100 mol%, preferably 60 to 100 mol% (for example, 70). ˜99 mol%), more preferably about 80 to 100 mol% (particularly 80 to 95 mol%). As long as the other repeating units are within the range not impairing the effects of the present invention, a unit copolymerizable with the repeating unit (1) can be used.

前記有機高分子(1)の分子量は特に制限されないが、例えば、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したとき、ポリスチレン換算で、数平均分子量が1×10〜1×10、好ましくは3×10〜5×10、さらに好ましくは5×10〜1×10(特に6×10〜8×10)程度であってもよい。分子量分布(Mw/Mn)は、例えば1〜5、好ましくは1.5〜4.5、さらに好ましくは2〜4程度である。 The molecular weight of the organic polymer (1) is not particularly limited. For example, when measured by gel permeation chromatography (GPC), the number average molecular weight is 1 × 10 3 to 1 × 10 5 , preferably 3 in terms of polystyrene. It may be about × 10 3 to 5 × 10 4 , more preferably about 5 × 10 3 to 1 × 10 4 (particularly 6 × 10 3 to 8 × 10 3 ). The molecular weight distribution (Mw / Mn) is, for example, 1 to 5, preferably 1.5 to 4.5, and more preferably about 2 to 4.

なお、前記有機高分子(1)は直鎖状である場合が多いものの、必要であれば分岐構造を有していてもよい。   Although the organic polymer (1) is often linear, it may have a branched structure if necessary.

前記有機高分子(1)は、慣用の方法、例えば、特許文献1に記載の製造方法で、ジエチニルフルオレン化合物と低原子価チタン錯体とを反応させることにより得られる。   The organic polymer (1) is obtained by reacting a diethynylfluorene compound and a low-valent titanium complex by a conventional method, for example, the production method described in Patent Document 1.

前記有機高分子(1)は、チオフェン−1−オキシド骨格の高選択的な反応性により、各種のπ共役高分子に変換できる。例えば、チオフェン−1−オキシド骨格のDiels−Alder反応や、硫黄原子の酸化反応を利用して各種のπ共役高分子に変換できる。   The organic polymer (1) can be converted into various π-conjugated polymers due to the highly selective reactivity of the thiophene-1-oxide skeleton. For example, it can be converted into various π-conjugated polymers using Diels-Alder reaction of thiophene-1-oxide skeleton or oxidation reaction of sulfur atom.

Diels−Alder反応では、各種のジエノフィル(親ジエン性化合物)と反応させることができ、例えば、電子吸引性基(例えば、ホルミル基、アルコキシカルボニル基、酸無水物基、シアノ基など)を有するオレフィン化合物やアセチレン化合物などのジエノフィルと反応させることができる。これらのジエノフィルのうち、エチレン性不飽和結合を有する化合物(例えば、無水マレイン酸、ノルボルネンなど)やアセチレン化合物(例えば、アセチレンジオール又はその誘導体、アセチレンジカルボン酸又はその誘導体など)などが汎用され、反応性などの点から、アセチレン化合物が好ましく、反応性や取り扱い性などの点から、アセチレンジカルボン酸ジアルキルが特に好ましい。前記有機高分子(1)をアセチレンジカルボン酸ジアルキルとDiels−Alder反応させることにより、前記式(2)で表される繰り返し単位を有する有機高分子[有機高分子(2)]が得られる。   In the Diels-Alder reaction, it can be reacted with various dienophiles (parent diene compounds). For example, an olefin having an electron-withdrawing group (for example, a formyl group, an alkoxycarbonyl group, an acid anhydride group, a cyano group, etc.) It can be reacted with a dienophile such as a compound or an acetylene compound. Among these dienophiles, compounds having an ethylenically unsaturated bond (eg, maleic anhydride, norbornene, etc.) and acetylene compounds (eg, acetylenediol or derivatives thereof, acetylenedicarboxylic acid or derivatives thereof, etc.) are widely used and reacted. Acetylene compounds are preferred from the standpoint of properties, and dialkyl acetylenedicarboxylates are particularly preferred from the standpoints of reactivity and handling properties. By reacting the organic polymer (1) with a dialkyl acetylenedicarboxylate and Diels-Alder reaction, an organic polymer [organic polymer (2)] having a repeating unit represented by the formula (2) is obtained.

一方、硫黄原子の酸化反応では、前記有機高分子(1)を酸化することにより、前記式(3)で表される繰り返し単位を有する有機高分子[有機高分子(3)]を得ることができる。   On the other hand, in the oxidation reaction of sulfur atoms, the organic polymer (1) is oxidized to obtain an organic polymer [organic polymer (3)] having a repeating unit represented by the formula (3). it can.

[式(2)で表される繰り返し単位を有する有機高分子]
前記式(2)において、アルキルエステル(アルコキシカルボニル)基を構成するR及びRのアルキル基としては、例えば、R及びRで例示された直鎖状又は分岐鎖状アルキル基などが例示できる。R及びRとしては、有機溶媒に対する溶解性などの点から、水素原子よりもアルキルの方が好ましく、メチル基やエチル基などのC1−4アルキル基(特にエチル基などC2―3アルキル基)が特に好ましい。
[Organic polymer having a repeating unit represented by formula (2)]
In the formula (2), examples of the alkyl group of R 3 and R 4 constituting the alkyl ester (alkoxycarbonyl) group include a linear or branched alkyl group exemplified by R 1 and R 2. It can be illustrated. R 3 and R 4 are preferably an alkyl group rather than a hydrogen atom from the viewpoint of solubility in an organic solvent and the like, and a C 1-4 alkyl group such as a methyl group or an ethyl group (particularly an ethyl group such as a C 2-3). Alkyl groups) are particularly preferred.

前記有機高分子(2)は、前記繰り返し単位(2)を含んでいればよく、繰り返し単位(2)の割合は、有機高分子を構成する全単位に対して10モル%以上であってもよいが、導電性や高屈折率性を向上できる点から、前記繰り返し単位(2)を主要な単位として含んでいればよく、例えば、50〜100モル%、好ましくは60〜100モル%(例えば、70〜99モル%)、さらに好ましくは80〜100モル%(例えば、80〜95モル%)程度であってもよい。他の繰り返し単位は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、前記繰り返し単位(2)と共重合可能な単位を使用できる。   The organic polymer (2) only needs to contain the repeating unit (2), and the ratio of the repeating unit (2) may be 10 mol% or more with respect to all units constituting the organic polymer. However, the repeating unit (2) may be included as a main unit from the viewpoint of improving conductivity and high refractive index, for example, 50 to 100 mol%, preferably 60 to 100 mol% (for example, 70 to 99 mol%), more preferably about 80 to 100 mol% (for example, 80 to 95 mol%). As long as the other repeating units are within a range not impairing the effects of the present invention, a unit copolymerizable with the repeating unit (2) can be used.

前記有機高分子(2)は比較的分子量が大きいという特色がある。有機高分子(ドープ前の有機高分子など)の分子量は特に制限されないが、例えば、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したとき、ポリスチレン換算で、数平均分子量が1×10〜1×10、好ましくは3×10〜5×10、さらに好ましくは5×10〜1×10(特に6×10〜8×10)程度であってもよい。分子量分布(Mw/Mn)は、例えば1〜5、好ましくは1.5〜4、さらに好ましくは2〜3.5程度である。 The organic polymer (2) is characterized by a relatively large molecular weight. The molecular weight of the organic polymer (such as the organic polymer before doping) is not particularly limited. For example, when measured by gel permeation chromatography (GPC), the number average molecular weight is 1 × 10 3 to 1 × 10 in terms of polystyrene. 5 , preferably 3 × 10 3 to 5 × 10 4 , more preferably about 5 × 10 3 to 1 × 10 4 (particularly 6 × 10 3 to 8 × 10 3 ). The molecular weight distribution (Mw / Mn) is, for example, 1 to 5, preferably 1.5 to 4, and more preferably about 2 to 3.5.

なお、前記有機高分子(2)は直鎖状である場合が多いものの、必要であれば分岐構造を有していてもよい。   The organic polymer (2) is often linear, but may have a branched structure if necessary.

前記有機高分子(2)は、アルキル鎖を有するフルオレン環とベンゼン環とが共役結合(π−電子共役結合)した構造を有するため、半導体特性を示すとともに、フルオレン骨格を有するためか、屈折率も高い。さらに、側鎖にアルキルエステル基を有するため、有機溶媒に対する溶解性などに優れている。   The organic polymer (2) has a structure in which a fluorene ring having an alkyl chain and a benzene ring are conjugatedly bonded (π-electron conjugated bond), and thus exhibits semiconductor characteristics and also has a fluorene skeleton. Is also expensive. Furthermore, since it has an alkyl ester group in the side chain, it has excellent solubility in organic solvents.

なお、成膜後、主鎖間でスタッキングするためか、分子間の電子移動も容易な構造膜が得られる。また、高分子中にアルキル鎖があったとしても、スタッキング方向(縦方向)に対してアルキル鎖が並行に並ぶためか、スタッキングを阻害することがない。そのためか、得られた膜は有機半導体として有効に機能する。   In addition, a structure film in which electron transfer between molecules is easy is obtained because of stacking between main chains after film formation. Further, even if there is an alkyl chain in the polymer, stacking is not hindered because the alkyl chain is arranged in parallel with the stacking direction (vertical direction). For this reason, the obtained film functions effectively as an organic semiconductor.

前記有機高分子(2)は、前記有機高分子(1)とアセチレンジカルボン酸又はそのジアルキルエステルとを反応させる反応(Diels−Alder反応)工程を経て得られる。   The organic polymer (2) is obtained through a reaction process (Diels-Alder reaction) in which the organic polymer (1) is reacted with acetylenedicarboxylic acid or a dialkyl ester thereof.

アセチレンジカルボン酸のジアルキルエステルとしては、例えば、アセチレンジカルボン酸ジメチル、アセチレンジカルボン酸ジエチル、アセチレンジカルボン酸ジイソプロピル、アセチレンジカルボン酸ジブチル、アセチレンジカルボン酸ジヘキシル、アセチレンジカルボン酸ジオクチル、アセチレンジカルボン酸ジ2−エチルヘキシルなどのアセチレンジカルボン酸ジC1−12アルキルなどが挙げられる。これらのアセチレンジカルボン酸ジアルキル及びアセチレンジカルボン酸は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、アセチレンジカルボン酸ジエチルなどのアセチレンジカルボン酸ジC1−4アルキル(特にアセチレンジカルボン酸ジC2―3アルキル)が好ましい。 Examples of dialkyl esters of acetylenedicarboxylic acid include dimethyl acetylenedicarboxylate, diethyl acetylenedicarboxylate, diisopropyl acetylenedicarboxylate, dibutyl acetylenedicarboxylate, dihexyl acetylenedicarboxylate, dioctyl acetylenedicarboxylate, and di-2-ethylhexyl acetylenedicarboxylate. And acetylenedicarboxylic acid di-C 1-12 alkyl. These dialkyl acetylenedicarboxylates and acetylenedicarboxylic acids can be used alone or in combination of two or more. Of these, acetylene dicarboxylic acid di C 1-4 alkyl (especially acetylene dicarboxylic acid di C 2-3 alkyl), such as acetylene dicarboxylic acid diethyl are preferred.

アセチレンジカルボン酸又はジアルキルエステルの割合は、前記有機高分子(1)を構成する繰り返し単位(1)1モルに対して、例えば0.5〜3モル、好ましくは0.8〜2モル、さらに好ましくは1〜1.8モル(特に1.2〜1.6モル)程度である。   The proportion of acetylenedicarboxylic acid or dialkyl ester is, for example, 0.5 to 3 mol, preferably 0.8 to 2 mol, more preferably, per 1 mol of the repeating unit (1) constituting the organic polymer (1). Is about 1 to 1.8 mol (particularly 1.2 to 1.6 mol).

反応は、通常、前記有機高分子(1)を溶解可能な溶媒の存在下で行われ、溶媒としては、例えば、炭化水素類(例えば、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素類、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類)、ハロゲン化炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、トリクロロエタンなど)、エーテル類(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテルなどの鎖状エーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)、エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなど)、アミド類(例えば、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなど)、ニトリル類(例えば、アセトニトリル、プロピオニトリルなど)、スルホキシド類(例えば、ジメチルスルホキシドなど)、ピロリドン類(例えば、2−ピロリドン、3−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドンなど)などが例示できる。これらの有機溶媒は、単独で又は混合溶媒として使用できる。   The reaction is usually performed in the presence of a solvent capable of dissolving the organic polymer (1). Examples of the solvent include hydrocarbons (for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, and alicyclic rings such as cyclohexane). Aromatic hydrocarbons such as aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene), halogenated hydrocarbons (such as chloroform, dichloromethane, and trichloroethane), ethers (chain ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, and cyclopentyl methyl ether), dioxane , Cyclic ethers such as tetrahydrofuran), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), esters (methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, etc.), amides (eg, formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethyl) Acetamide), nitriles (eg If, acetonitrile, propionitrile and the like), sulfoxides (e.g., dimethyl sulfoxide), pyrrolidones (e.g., 2-pyrrolidone, 3-pyrrolidone, N- methyl-2-pyrrolidone, etc.), and others. These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.

溶媒の使用量は、反応性を損なわない範囲から選択でき、例えば、前記有機高分子(1)の濃度が0.01〜30重量%、好ましくは0.05〜20重量%(特に0.1〜10重量%)程度となる範囲であってもよい。   The amount of the solvent used can be selected from a range that does not impair the reactivity. For example, the concentration of the organic polymer (1) is 0.01 to 30% by weight, preferably 0.05 to 20% by weight (particularly 0.1 It may be in a range of about 10 wt% to 10 wt%.

反応は、慣用の触媒(ルイス酸など)の存在下で行ってもよく、触媒の非存在下で行ってもよい。また、反応は、加熱下で行ってもよく、常温で行ってもよい。さらに、反応は、不活性ガス(例えば、アルゴンガス)雰囲気下で行ってもよい。   The reaction may be performed in the presence of a conventional catalyst (such as a Lewis acid) or may be performed in the absence of a catalyst. The reaction may be performed under heating or at room temperature. Furthermore, the reaction may be performed in an inert gas (eg, argon gas) atmosphere.

反応終了後、慣用の分離精製方法、例えば、濃縮、デカンテーション、再沈殿、クロマトグラフィなどにより、前記有機高分子(2)を得ることができる。   After completion of the reaction, the organic polymer (2) can be obtained by a conventional separation and purification method such as concentration, decantation, reprecipitation, chromatography, and the like.

[式(3)で表される繰り返し単位を有する有機高分子]
前記有機高分子(3)は、前記繰り返し単位(3)を含んでいればよく、繰り返し単位(3)の割合は、有機高分子を構成する全単位に対して10モル%以上であってもよいが、導電性や高屈折率性を向上できる点から、前記繰り返し単位(3)を主要な単位として含んでいればよく、例えば、50〜100モル%、好ましくは60〜100モル%(例えば、70〜99モル%)、さらに好ましくは80〜100モル%(例えば、80〜95モル%)程度であってもよい。他の繰り返し単位は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、前記繰り返し単位(3)と共重合可能な単位を使用できる。
[Organic polymer having a repeating unit represented by formula (3)]
The organic polymer (3) only needs to contain the repeating unit (3), and the proportion of the repeating unit (3) may be 10 mol% or more with respect to the total units constituting the organic polymer. However, it is sufficient that the repeating unit (3) is contained as a main unit from the viewpoint of improving conductivity and high refractive index, for example, 50 to 100 mol%, preferably 60 to 100 mol% (for example, 70 to 99 mol%), more preferably about 80 to 100 mol% (for example, 80 to 95 mol%). As long as the other repeating units are within the range not impairing the effects of the present invention, a unit copolymerizable with the repeating unit (3) can be used.

前記有機高分子(3)は比較的分子量が大きいという特色がある。有機高分子(ドープ前の有機高分子など)の分子量は特に制限されないが、例えば、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定したとき、ポリスチレン換算で、数平均分子量が1×10〜1×10、好ましくは3×10〜5×10、さらに好ましくは5×10〜1×10(特に6×10〜8×10)程度であってもよい。分子量分布(Mw/Mn)は、例えば1〜5、好ましくは1.5〜4、さらに好ましくは2〜3.5程度である。 The organic polymer (3) is characterized by a relatively large molecular weight. The molecular weight of the organic polymer (such as the organic polymer before doping) is not particularly limited. For example, when measured by gel permeation chromatography (GPC), the number average molecular weight is 1 × 10 3 to 1 × 10 in terms of polystyrene. 5 , preferably 3 × 10 3 to 5 × 10 4 , more preferably about 5 × 10 3 to 1 × 10 4 (particularly 6 × 10 3 to 8 × 10 3 ). The molecular weight distribution (Mw / Mn) is, for example, 1 to 5, preferably 1.5 to 4, and more preferably about 2 to 3.5.

なお、前記有機高分子(3)は直鎖状である場合が多いものの、必要であれば分岐構造を有していてもよい。   The organic polymer (3) is often linear, but may have a branched structure if necessary.

前記有機高分子(3)は、アルキル鎖を有するフルオレン環とチオフェン環とが共役結合(π−電子共役結合)した構造を有している。すなわち、主鎖骨格にヘテロ原子(硫黄原子)を含む5員環構造を形成しているため、自己凝集性を弱めると共に、芳香族性環を介して5員環構造を形成しているため、主鎖全体に有機−ヘテロ硫黄原子結合による特異な電子状態が維持されるためか、優れた半導体特性を有している。また、硫黄原子がオキシド又はジオキシドの状態まで酸化されているため、有機高分子の安定性も高い。また、電子供与性のチオフェンから電子受容性のチオフェンオキシド又はチオフェンジオキシドに変換することにより、エネルギーバンドギャップの狭い分子となる。さらに、フルオレン骨格を有するためか、屈折率も高い。   The organic polymer (3) has a structure in which a fluorene ring having an alkyl chain and a thiophene ring are conjugatedly bonded (π-electron conjugated bond). That is, since a 5-membered ring structure containing a hetero atom (sulfur atom) is formed in the main chain skeleton, self-aggregation is weakened and a 5-membered ring structure is formed via an aromatic ring. It may have excellent semiconductor characteristics because the unique electronic state due to the organic-hetero sulfur atom bond is maintained throughout the main chain. In addition, since the sulfur atom is oxidized to the oxide or dioxide state, the stability of the organic polymer is also high. Further, by converting from an electron-donating thiophene to an electron-accepting thiophene oxide or thiophene dioxide, the molecule has a narrow energy band gap. Furthermore, the refractive index is high because it has a fluorene skeleton.

なお、有機高分子(3)は、有機高分子(2)と同様に、成膜後、分子間の電子移動も容易な構造膜が得られ、得られた膜は有機半導体として有効に機能する。   As with the organic polymer (2), the organic polymer (3) can provide a structure film in which electron transfer between molecules is easy after film formation, and the obtained film functions effectively as an organic semiconductor. .

前記有機高分子(3)は、前記有機高分子(1)を酸化する酸化工程を経て得られる。酸化方法としては、慣用の酸化剤を用いて酸化してもよい。酸化剤としては、例えば、各種の無機又は有機過酸化物などを利用できるが、取り扱い性などの点から、有機過酸化物(特に、過安息香酸やメタクロロ過安息香酸などのC6−20芳香族過酸)が汎用される。 The organic polymer (3) is obtained through an oxidation process for oxidizing the organic polymer (1). As an oxidation method, oxidation may be performed using a conventional oxidizing agent. As the oxidizing agent, for example, various inorganic or organic peroxides can be used. From the viewpoint of handleability, organic peroxides (in particular, C 6-20 aromatics such as perbenzoic acid and metachloroperbenzoic acid) are available. Group peracids) are widely used.

酸化剤の割合は、前記有機高分子(1)を構成する繰り返し単位(1)1モルに対して、例えば0.5〜3モル、好ましくは0.8〜2モル、さらに好ましくは1〜1.8モル(特に1.2〜1.6モル)程度である。   The ratio of the oxidizing agent is, for example, 0.5 to 3 mol, preferably 0.8 to 2 mol, more preferably 1 to 1 with respect to 1 mol of the repeating unit (1) constituting the organic polymer (1). About 8 mol (particularly 1.2 to 1.6 mol).

反応は、通常、前記有機高分子(1)を溶解可能な溶媒の存在下で行われ、溶媒としては、前記有機高分子(2)の製造で用いた溶媒を利用できる。   The reaction is usually performed in the presence of a solvent capable of dissolving the organic polymer (1), and the solvent used in the production of the organic polymer (2) can be used as the solvent.

溶媒の使用量は、反応性を損なわない範囲から選択でき、例えば、前記有機高分子(1)の濃度が0.01〜30重量%、好ましくは0.05〜20重量%(特に0.1〜10重量%)程度となる範囲であってもよい。   The amount of the solvent used can be selected from a range that does not impair the reactivity. For example, the concentration of the organic polymer (1) is 0.01 to 30% by weight, preferably 0.05 to 20% by weight (particularly 0.1 It may be in a range of about 10 wt% to 10 wt%.

反応は、加熱下で行ってもよく、常温で行ってもよい。さらに、反応は、不活性ガス(例えば、アルゴンガス)雰囲気下で行ってもよい。   The reaction may be carried out under heating or at room temperature. Furthermore, the reaction may be performed in an inert gas (eg, argon gas) atmosphere.

反応終了後、慣用の分離精製方法、例えば、濃縮、デカンテーション、再沈殿、クロマトグラフィなどにより、有機高分子(3)を得ることができる。   After completion of the reaction, the organic polymer (3) can be obtained by a conventional separation and purification method such as concentration, decantation, reprecipitation, chromatography, and the like.

[有機高分子の用途]
前記有機高分子(1)を変換して得られる有機高分子は、フルオレン骨格と芳香族環やチオフェン骨格とで共役系(π−共役系)を形成しており、極めて電子移動度が高く、半導体特性を有している。さらに、フルオレン骨格を有するため、屈折率が高く、高屈折材料としても有用である。なお、前記有機高分子(1)自体も、フルオレン骨格とチオフェン骨格を有しているため、有機半導体や高屈折材料に利用できる。
[Use of organic polymer]
The organic polymer obtained by converting the organic polymer (1) forms a conjugated system (π-conjugated system) with a fluorene skeleton and an aromatic ring or thiophene skeleton, and has an extremely high electron mobility. It has semiconductor characteristics. Further, since it has a fluorene skeleton, it has a high refractive index and is useful as a high refractive material. Since the organic polymer (1) itself has a fluorene skeleton and a thiophene skeleton, it can be used for an organic semiconductor or a high refractive material.

さらに、前記有機高分子(1)又はこの有機高分子(1)を変換して得られる有機高分子のうち、長鎖アルキル鎖を導入した有機高分子は、有機溶媒に対する溶解性に優れ、かつ高い半導体特性を示すという特色がある。そのため、本発明は有機高分子と有機溶媒とを含む組成物も包含し、この組成物は、有機半導体、特にコーティング(塗布)などにより有機半導体などの薄膜を形成するのに有用である。   Furthermore, among the organic polymers obtained by converting the organic polymer (1) or the organic polymer (1), an organic polymer into which a long-chain alkyl chain is introduced has excellent solubility in an organic solvent, and It has the feature of showing high semiconductor characteristics. Therefore, the present invention also includes a composition containing an organic polymer and an organic solvent, and this composition is useful for forming a thin film such as an organic semiconductor by an organic semiconductor, in particular, coating (application).

有機溶媒としては、例えば、炭化水素類(例えば、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類)、ハロゲン化炭化水素類(クロロホルム、ジクロロメタン、トリクロロエタンなど)、エーテル類(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテルなどの鎖状エーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランなどの環状エーテル)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)、エステル類(酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなど)、アミド類(例えば、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなど)、ニトリル類(例えば、アセトニトリル、プロピオニトリルなど)、スルホキシド類(例えば、ジメチルスルホキシドなど)、ピロリドン類(例えば、2−ピロリドン、3−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドンなど)などが例示できる。これらの有機溶媒は、単独で又は混合溶媒として使用できる。   Examples of the organic solvent include hydrocarbons (for example, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene), halogenated hydrocarbons (chloroform, dichloromethane, trichloroethane, etc.), ethers, and the like. (Chain ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether and cyclopentyl methyl ether, cyclic ethers such as dioxane and tetrahydrofuran), ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), esters (methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, etc.), amides (Eg, formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), nitriles (eg, acetonitrile, propionitrile, etc.), sulfoxides (eg, dimethylsulfoxide, etc.) Pyrrolidones (such as 2-pyrrolidone, 3-pyrrolidone, N- methyl-2-pyrrolidone, etc.), and others. These organic solvents can be used alone or as a mixed solvent.

溶媒の使用量は、塗布性及び成膜性を損なわない範囲から選択でき、例えば、有機高分子の濃度が0.01〜30重量%、好ましくは0.05〜20重量%(例えば、0.1〜10重量%)程度となる範囲であってもよい。   The amount of the solvent used can be selected from a range that does not impair the coating property and film forming property. For example, the concentration of the organic polymer is 0.01 to 30% by weight, preferably 0.05 to 20% by weight (for example, 0.8%). The range may be about 1 to 10% by weight.

本発明の組成物は、慣用の方法、例えば、有機高分子と有機溶媒とを混合して有機高分子を溶解し、必要により濾過して調製してもよい。   The composition of the present invention may be prepared by a conventional method, for example, mixing an organic polymer and an organic solvent to dissolve the organic polymer, and filtering if necessary.

有機半導体は、基材又は基板(ガラス板、シリコンウエハー、耐熱プラスチックフィルムなど)に前記組成物を塗布する工程と、塗膜を乾燥して溶媒を除去する工程とを経て製造してもよい。なお、塗布方法としては、慣用の塗布方法、例えば、エアーナイフコート法、ロールコート法、グラビアコート法、ブレードコート法、ディップコート法、スプレー法、スピンコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法などが例示できる。   The organic semiconductor may be manufactured through a step of applying the composition to a base material or a substrate (glass plate, silicon wafer, heat-resistant plastic film, etc.) and a step of drying the coating film to remove the solvent. In addition, as a coating method, for example, a conventional coating method, such as an air knife coating method, a roll coating method, a gravure coating method, a blade coating method, a dip coating method, a spray method, a spin coating method, a screen printing method, an ink jet printing method, etc. Can be illustrated.

有機半導体の厚みは、用途に応じて適宜選択され、例えば、1〜5000nm、好ましくは30〜1000nm、さらに好ましくは50〜500nm程度であってもよい。   The thickness of the organic semiconductor is appropriately selected depending on the application, and may be, for example, 1 to 5000 nm, preferably 30 to 1000 nm, and more preferably about 50 to 500 nm.

本発明の有機半導体はn型半導体、p型半導体であってもよく、真性半導体であってもよい。本発明の有機半導体は、光電変換能を有し、例えば、光吸収により発生した電子及びホールの移動度を高め、光電変換率を向上できる。そのため、本発明の有機半導体は、光電変換デバイス又は光電変換素子(太陽電池素子、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子など)、整流素子(ダイオード)、スイッチング素子又はトランジスタ[トップゲート型、ボトムゲート型(トップコンタクト型、ボトムコンタクト型)など]などの用途に適する。   The organic semiconductor of the present invention may be an n-type semiconductor, a p-type semiconductor, or an intrinsic semiconductor. The organic semiconductor of the present invention has a photoelectric conversion ability, and can increase the mobility of electrons and holes generated by light absorption, for example, and can improve the photoelectric conversion rate. Therefore, the organic semiconductor of the present invention includes a photoelectric conversion device or a photoelectric conversion element (such as a solar cell element or an organic electroluminescence (EL) element), a rectifier element (diode), a switching element or a transistor [top gate type, bottom gate type ( Suitable for applications such as top contact type, bottom contact type).

代表的なデバイスとして、太陽電池は、pn接合型半導体に表面電極が積層された構造を有している。例えば、p型シリコン半導体に有機半導体膜を積層して、この有機半導体膜に透明電極(ITO電極など)を積層することにより、太陽電池を形成できる。このような太陽電池では、高い開放電圧及び短絡電流を得ることができる。   As a typical device, a solar cell has a structure in which a surface electrode is laminated on a pn junction type semiconductor. For example, a solar cell can be formed by laminating an organic semiconductor film on a p-type silicon semiconductor and laminating a transparent electrode (such as an ITO electrode) on the organic semiconductor film. In such a solar cell, a high open circuit voltage and a short circuit current can be obtained.

また、有機ELは、透明電極(ITO電極など)に、有機高分子(発光性高分子)に必要に応じて電子輸送性材料、ホール輸送性材料を分散させた発光層を形成し、この発光層に電極(金属電極など)を積層した構造が例示できる。   In addition, organic EL forms a light-emitting layer in which an electron transport material and a hole transport material are dispersed in an organic polymer (light-emitting polymer) as necessary on a transparent electrode (ITO electrode, etc.). The structure which laminated | stacked the electrode (metal electrode etc.) on the layer can be illustrated.

さらに、有機薄膜トランジスタは、ゲート電極層と、ゲート絶縁層と、ソース/ドレイン電極層と、有機半導体層とで構成されている。これらの層の積層構造によって、有機薄膜トランジスタは、トップゲート型、ボトムゲート型(トップコンタクト型、ボトムコンタクト型)に分類できる。例えば、ゲート電極(酸化膜が形成されたp型シリコンウエハーなど)に有機半導体膜を形成して、この有機半導体膜上にソース・ドレイン電極(金電極)を形成することにより、トップコンタクト型電界効果トランジスタを製造できる。   Furthermore, the organic thin film transistor is composed of a gate electrode layer, a gate insulating layer, a source / drain electrode layer, and an organic semiconductor layer. The organic thin film transistor can be classified into a top gate type and a bottom gate type (top contact type and bottom contact type) depending on the laminated structure of these layers. For example, an organic semiconductor film is formed on a gate electrode (such as a p-type silicon wafer on which an oxide film is formed), and a source / drain electrode (gold electrode) is formed on the organic semiconductor film, whereby a top contact type electric field is formed. An effect transistor can be manufactured.

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

なお、実施例において、ジエチルエーテルはナトリウムで乾燥後、窒素雰囲気下又は気流下で蒸留して用いた。塩化メチレンは五酸化二リンで乾燥後、窒素雰囲気下又は気流下で蒸留して用いた。テトライソプロポキシチタン(Ti(OPr)及びフェニルジクロロホスフィンは減圧蒸留により精製した。また、得られたポリマーの特性は、以下の方法で測定した。 In Examples, diethyl ether was used after being dried with sodium and distilled under a nitrogen atmosphere or an air stream. Methylene chloride was used after being dried over diphosphorus pentoxide and distilled under a nitrogen atmosphere or a stream of air. Tetraisopropoxytitanium (Ti (OPr i ) 4 ) and phenyldichlorophosphine were purified by vacuum distillation. Moreover, the characteristic of the obtained polymer was measured with the following method.

H−NMRスペクトル]
H−NMRスペクトルは、内標準としてテトラメチルシラン(TMS)を用い、溶媒としてCDClを用いて、300MHz H−NMR(日本電子(株)製「JNM−ECP300」)装置によって測定した。
[ 1 H-NMR spectrum]
1 H-NMR spectrum was measured with a 300 MHz 1 H-NMR (“JNM-ECP300” manufactured by JEOL Ltd.) apparatus using tetramethylsilane (TMS) as an internal standard and CDCl 3 as a solvent.

実施例1   Example 1

Figure 2016164238
Figure 2016164238

(式中、R1a及びR2aはn−オクチル基を示す)。 (In the formula, R 1a and R 2a represent an n-octyl group).

前記式(1a)で表される繰り返し単位を有する高分子を、前駆体である有機チタン高分子を用いて有機合成化学協会誌Vol.66 No.5 2008に記載の方法に準じて合成した。すなわち、アルゴン雰囲気下、2,7−ジエチニル−9,9−ジオクチルフルオレン(0.24g、0.500mmol)及びテトライソプロポキシチタン(Ti(OPr)(0.20g、0.700mmol)をジエチルエーテル(20ml)に溶解し、この溶液を−78℃で攪拌しつつ、この溶液に対して、イソプロピルマグネシウムクロリド(PrMgCl)のジエチルエーテル溶液(1.0N、1.25ml、1.25mmol)を添加した。その後、−50℃まで徐々に昇温した後、12時間攪拌した。攪拌後、この温度で塩化チオニル(0.083g、0.7mmol)を加え、室温まで昇温し、さらに3時間攪拌した。反応終了後、水(20ml)を加え、有機層を回収し、さらに水層を塩化メチレン(30ml)で三回抽出した。溶媒を減圧濃縮した後、少量のジクロロメタンに溶解させヘキサン(100ml)に再沈殿する方法で赤色のポリマー(1a)を収率74%(0.22g、0.37mmol unit(繰り返し単位(1a)のmmol))で得た。得られたポリマー(1a)のH−NMRスペクトルデータを示す。 The polymer having the repeating unit represented by the formula (1a) was synthesized according to the method described in the Journal of Organic Synthetic Chemistry Vol.66 No.5 2008 using the organic titanium polymer as a precursor. That is, 2,7-diethynyl-9,9-dioctylfluorene (0.24 g, 0.500 mmol) and tetraisopropoxy titanium (Ti (OPr i ) 4 ) (0.20 g, 0.700 mmol) were added under an argon atmosphere. Dissolve in diethyl ether (20 ml) and stir the solution at −78 ° C. while stirring the solution against diethyl ether solution of isopropylmagnesium chloride ( i PrMgCl) (1.0 N, 1.25 ml, 1.25 mmol). Was added. Thereafter, the temperature was gradually raised to −50 ° C., followed by stirring for 12 hours. After stirring, thionyl chloride (0.083 g, 0.7 mmol) was added at this temperature, the temperature was raised to room temperature, and the mixture was further stirred for 3 hours. After completion of the reaction, water (20 ml) was added, the organic layer was recovered, and the aqueous layer was further extracted three times with methylene chloride (30 ml). The solvent was concentrated under reduced pressure, and then dissolved in a small amount of dichloromethane and reprecipitated in hexane (100 ml) to obtain a red polymer (1a) in a yield of 74% (0.22 g, 0.37 mmol unit (repeating unit (1a)). mmol)). 1 H-NMR spectrum data of the obtained polymer (1a) are shown.

H−NMR:(300MHz,CDCl,ppm)0.45−1.75(−CH−C 15,30H),1.93(br,−C −C15,4H),7.05(br,S−C=C,2H),7.68−7.83(aromatic,6H)ppm。 1 H-NMR: (300MHz, CDCl 3, ppm) 0.45-1.75 (-CH 2 -C 7 H 15, 30H), 1.93 (br, -C H 2 -C 7 H 15, 4H ), 7.05 (br, S—C═C H , 2H), 7.68-7.83 (aromatic, 6H) ppm.

ポリマー(1a)の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)(溶媒:THF)により測定したところ、数平均分子量及び分子量分布は、ポリスチレン換算で、Mn=7900、Mw/Mn=3.8であった。   When the molecular weight of the polymer (1a) was measured by gel permeation chromatography (GPC) (solvent: THF), the number average molecular weight and molecular weight distribution were Mn = 7900 and Mw / Mn = 3.8 in terms of polystyrene. .

実施例2   Example 2

Figure 2016164238
Figure 2016164238

(式中、R1a及びR2aは前記に同じ)。 (Wherein R 1a and R 2a are the same as above).

アルゴン雰囲気下、実施例1で得られたポリマー(1a)(0.049g、0.10mmol unit)及びアセチレンジカルボン酸ジエチル(0.025g、0.15mmol)を塩化メチレン(5ml)に溶解し、室温で2時間攪拌した。反応終了後、ヘキサン(100ml)に再沈殿する方法で、前記式(2a)で表される繰り返し単位を有する黄色のポリマー(2a)を収率79%(0.048g、0.079mmol unit(繰り返し単位(2a)のmmol))で得た。得られたポリマー(2a)のH−NMRスペクトルデータを示す。 Under an argon atmosphere, the polymer (1a) obtained in Example 1 (0.049 g, 0.10 mmol unit) and diethyl acetylenedicarboxylate (0.025 g, 0.15 mmol) were dissolved in methylene chloride (5 ml), and For 2 hours. After completion of the reaction, the yellow polymer (2a) having the repeating unit represented by the formula (2a) was obtained in a yield of 79% (0.048 g, 0.079 mmol unit (repeating) by reprecipitation in hexane (100 ml). Unit (2a) mmol)). 1 H-NMR spectrum data of the obtained polymer (2a) are shown.

H−NMR:(300MHz,CDCl,ppm)0.45−1.75(−CH−C 15 and −COOCH−C ,36H),1.93(br,−C −C15,4H),4.06(br,−COOC −CH,4H),7.35−7.45(aromatic,4H),7.52−7.81(aromatic,4H)ppm。 1 H-NMR: (300MHz, CDCl 3, ppm) 0.45-1.75 (-CH 2 -C 7 H 15 and -COOCH 2 -C H 3, 36H), 1.93 (br, -C H 2 -C 7 H 15, 4H) , 4.06 (br, -COOC H 2 -CH 3, 4H), 7.35-7.45 (aromatic, 4H), 7.52-7.81 (aromatic, 4H) ppm.

ポリマー(2a)の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)(溶媒:THF)により測定したところ、数平均分子量及び分子量分布は、ポリスチレン換算で、Mn=7500、Mw/Mn=2.9であった。   When the molecular weight of the polymer (2a) was measured by gel permeation chromatography (GPC) (solvent: THF), the number average molecular weight and molecular weight distribution were Mn = 7500 and Mw / Mn = 2.9 in terms of polystyrene. .

実施例3   Example 3

Figure 2016164238
Figure 2016164238

(式中、R1a及びR2aは前記に同じ)。 (Wherein R 1a and R 2a are the same as above).

アルゴン雰囲気下、実施例1で得られたポリマー(1a)(0.049g、0.10mmol unit)及びメタクロロ過安息香酸(0.026g、0.15mmol)を塩化メチレン(5ml)に溶解し、室温で6時間攪拌した。反応終了後、ヘキサン(100ml)に再沈殿する方法で、前記式(3a)で表される繰り返し単位を有する赤色のポリマー(3a)を収率88%(0.044g,0.088mmol unit(繰り返し単位(3a)のmmol))で得た。得られたポリマー(3a)のH−NMRスペクトルデータを示す。 Under an argon atmosphere, the polymer (1a) obtained in Example 1 (0.049 g, 0.10 mmol unit) and metachloroperbenzoic acid (0.026 g, 0.15 mmol) were dissolved in methylene chloride (5 ml), and For 6 hours. After completion of the reaction, a red polymer (3a) having a repeating unit represented by the formula (3a) was obtained in a yield of 88% (0.044 g, 0.088 mmol unit (repeated) by reprecipitation in hexane (100 ml). Unit (3a) mmol)). 1 H-NMR spectrum data of the obtained polymer (3a) are shown.

H−NMR:(300MHz,CDCl,ppm)0.45−1.75(−CH−C 15 ,30H),1.93(br,−C −C15,4H),7.17(br,S−C=C,2H),7.70−7.91(aromatic,6H) ppm。 1 H-NMR: (300MHz, CDCl 3, ppm) 0.45-1.75 (-CH 2 -C 7 H 15, 30H), 1.93 (br, -C H 2 -C 7 H 15, 4H ), 7.17 (br, S—C═C H , 2H), 7.70-7.91 (aromatic, 6H) ppm.

ポリマー(3a)の分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)(溶媒:THF)により測定したところ、数平均分子量及び分子量分布は、ポリスチレン換算で、Mn=7100、Mw/Mn=3.1であった。   When the molecular weight of the polymer (3a) was measured by gel permeation chromatography (GPC) (solvent: THF), the number average molecular weight and molecular weight distribution were Mn = 7100 and Mw / Mn = 3.1 in terms of polystyrene. .

本発明の有機高分子は、π−電子共役系高分子であり、低抵抗で導電性の高い有機半導体(高分子型有機半導体)を形成するのに有用である。有機半導体は、様々なデバイス、例えば、整流素子(ダイオード)、スイッチング素子又はトランジスタ[接合型トランジスタ(バイポーラトランジスタ)、電界効果型トランジスタ(ユニポーラトランジスタ)など]、光電変換素子(太陽電池素子、有機EL素子など)などに利用できる。   The organic polymer of the present invention is a π-electron conjugated polymer, and is useful for forming an organic semiconductor (polymer organic semiconductor) having low resistance and high conductivity. Organic semiconductors include various devices such as rectifying elements (diodes), switching elements or transistors [junction transistors (bipolar transistors), field effect transistors (unipolar transistors), etc.], photoelectric conversion elements (solar cell elements, organic EL elements). Device).

また、本発明の有機高分子は、屈折率も高いため、各種光学用途の高屈折材料(例えば、電気・電子又は精密機器、光学機器などのレンズ、カメラやメガネなどのレンズなど)にも利用できる。   In addition, since the organic polymer of the present invention has a high refractive index, it is also used for high refractive materials for various optical applications (for example, lenses for electrical / electronic or precision equipment, optical equipment, lenses for cameras, glasses, etc.). it can.

Claims (11)

下記式(1)で表される繰り返し単位を有する有機高分子。
Figure 2016164238
(式中、R及びRは、同一又は異なって、直鎖状又は分岐鎖状アルキル基である)
An organic polymer having a repeating unit represented by the following formula (1).
Figure 2016164238
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and are linear or branched alkyl groups)
式(1)において、R及びRが、同一又は異なって、直鎖状又は分岐鎖状C4−16アルキル基である請求項1記載の有機高分子。 The organic polymer according to claim 1, wherein, in the formula (1), R 1 and R 2 are the same or different and are linear or branched C 4-16 alkyl groups. 下記式(2)で表される繰り返し単位を有する有機高分子。
Figure 2016164238
(式中、R及びRは、同一又は異なって、水素原子又は直鎖状もしくは分岐鎖状アルキル基であり、R及びRは前記に同じ)
An organic polymer having a repeating unit represented by the following formula (2).
Figure 2016164238
(Wherein R 3 and R 4 are the same or different and are a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group, and R 1 and R 2 are the same as above)
請求項1又は2記載の有機高分子とアセチレンジカルボン酸又はそのジアルキルエステルとを反応させる反応工程を含む請求項3記載の有機高分子の製造方法。   The method for producing an organic polymer according to claim 3, further comprising a reaction step of reacting the organic polymer according to claim 1 or 2 with acetylenedicarboxylic acid or a dialkyl ester thereof. 下記式(3)で表される繰り返し単位を有する有機高分子。
Figure 2016164238
(式中、R及びRは前記に同じ)
An organic polymer having a repeating unit represented by the following formula (3).
Figure 2016164238
(Wherein R 1 and R 2 are the same as above)
請求項1又は2記載の有機高分子を酸化する酸化工程を含む請求項5記載の有機高分子の製造方法。   The manufacturing method of the organic polymer of Claim 5 including the oxidation process which oxidizes the organic polymer of Claim 1 or 2. 有機半導体を形成するための組成物であって、請求項3又は5記載の有機高分子と有機溶媒とを含む組成物。   A composition for forming an organic semiconductor, comprising the organic polymer according to claim 3 or 5 and an organic solvent. 請求項3又は5記載の有機高分子を含む有機半導体。   An organic semiconductor comprising the organic polymer according to claim 3. 基材の少なくとも一方の面に請求項7記載の組成物を塗布して乾燥し、有機半導体を形成する有機半導体の製造方法。   The manufacturing method of the organic semiconductor which apply | coats the composition of Claim 7 to at least one surface of a base material, and dries and forms an organic semiconductor. 請求項3又は5記載の有機高分子を含む電子デバイス。   An electronic device comprising the organic polymer according to claim 3. 光電変換素子、スイッチング素子及び整流素子から選択された一種である請求項10記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 10, which is a kind selected from a photoelectric conversion element, a switching element, and a rectifying element.
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