JP2016505516A - 縮合環を含有するモノマーの、オリゴマーの、およびポリマーの半導体およびそれらのデバイス - Google Patents
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Abstract
本発明は、電子の、光学の、または光電子のデバイス(例えば有機薄膜トランジスタおよび有機薄膜太陽電池等)における使用のための有機半導体として使用され得る、縮合環部分を含むモノマーの、オリゴマーの、およびポリマーの材料を記載する。
Description
背景
有機エレクトロニクスは、従来のシリコンベースのエレクトロニクスと比較して、より低いコストで作製され得、ディスプレイ、無線自動識別(RFID)タグ、ケモ/バイオセンサ、メモリデバイス、太陽電池、フォトダイオードなどを含む、幅広い適用に好適である。加えて、有機半導体は、軽量の、可撓性の、かつ超極薄の電子デバイスを可能にするために、低温で処理され得、そしてプラスチック基板上に沈着され得る。しかしながら、有機半導体、特に溶液により処理された(solution-processed)有機半導体は、無機半導体と比較して、電子性能が不充分であることを示す。例えば、溶液により処理された有機半導体の電荷担体移動度は、典型的には、1cm2V−1s−1より低いため、標的となる多くの適用のための有機薄膜トランジスタ(OTFT)におけるチャネル半導体材料としては不適切である。したがって、モノマー、オリゴマーおよびポリマーを含み、移動度が0.5cm2V−1s−1を大きく超える、溶液により処理可能な有機半導体を開発する必要がある。
有機エレクトロニクスは、従来のシリコンベースのエレクトロニクスと比較して、より低いコストで作製され得、ディスプレイ、無線自動識別(RFID)タグ、ケモ/バイオセンサ、メモリデバイス、太陽電池、フォトダイオードなどを含む、幅広い適用に好適である。加えて、有機半導体は、軽量の、可撓性の、かつ超極薄の電子デバイスを可能にするために、低温で処理され得、そしてプラスチック基板上に沈着され得る。しかしながら、有機半導体、特に溶液により処理された(solution-processed)有機半導体は、無機半導体と比較して、電子性能が不充分であることを示す。例えば、溶液により処理された有機半導体の電荷担体移動度は、典型的には、1cm2V−1s−1より低いため、標的となる多くの適用のための有機薄膜トランジスタ(OTFT)におけるチャネル半導体材料としては不適切である。したがって、モノマー、オリゴマーおよびポリマーを含み、移動度が0.5cm2V−1s−1を大きく超える、溶液により処理可能な有機半導体を開発する必要がある。
概要
本発明は、OTFT、有機薄膜太陽電池(OPV)、センサおよび他の電子デバイスのための高性能有機半導体として使用され得る、縮合環部分を含む半電導性の有機化合物を開示する。
本発明は、OTFT、有機薄膜太陽電池(OPV)、センサおよび他の電子デバイスのための高性能有機半導体として使用され得る、縮合環部分を含む半電導性の有機化合物を開示する。
本発明の1つの目標は、例えばOTFT、OPVおよびセンサ等の電子デバイスのための該縮合環部分を含むモノマーの、オリゴマーの、ポリマーの半導体材料を開発することである。
他の目標は、かかる縮合環部分を含む該有機半導体を含む、OTFT、OPV、センサおよび他の電子デバイスを開発することである。
本発明はまた、1種または2種以上の該有機半電導性の化合物と、半電導性の、電荷輸送の、正孔輸送の、電子輸送の、正孔ブロッキングの、電子ブロッキングの、電気伝導性の、光伝導性の、または発光の特性を有する、1種または2種以上の化合物またはポリマーとを含む、混合物またはブレンドも提供する。
さらに、本発明は、該有機半電導性の化合物と有機溶媒とを含む、配合物を提供する。
さらに、本発明は、光学の、電気光学の、電子の、エレクトロルミネセンスの、または光ルミネセンスの、部品またはデバイスにおける、電荷輸送の、半電導性の、電気伝導性の、光伝導性の、または発光の材料としての、該有機半電導性の化合物の使用を提供する。
加えて、本発明は、該有機半電導性の化合物を含む、電荷輸送の、半電導性の、電気伝導性の、光伝導性の、または発光の材料を提供する。
本発明はまた、かかる有機半電導性の化合物を含む部品またはデバイスも提供し、該部品またはデバイスは、有機電界効果トランジスタ(OFET)、薄膜トランジスタ(TFT)、集積回路(IC)、論理回路、コンデンサ、無線自動識別(RFID)タグ、デバイスまたは部品、有機発光ダイオード(OLED)、有機発光トランジスタ(OLET)、フラットパネルディスプレイ、ディスプレイのバックライト、有機光起電デバイス(OPV)、有機太陽電池(O−SC)、フォトダイオード、レーザダイオード、光伝導体、有機光検出器(OPD)、電子写真デバイス、電子写真記録デバイス、有機メモリデバイス、センサデバイス、ポリマー発光ダイオード(PLED)における電荷注入層、電荷輸送層または中間層、ショットキーダイオード、平坦化層、帯電防止膜、ポリマー電解質膜(PEM)、伝導性基板、伝導性のパターン、バッテリーにおける電極材料、配向層、バイオセンサ、バイオチップ、セキュリティマーキング、セキュリティデバイス、および、DNA配列を検出し、かつ判別するための部品またはデバイスからなる群から選択される。
本発明は、さらに、該縮合環部分、および/または、アリール基およびヘテロアリール基から選択される1種または2種以上の基を含む、1種または2種以上の繰り返し単位を含む共役したポリマーに関する。
本発明は、さらに、該縮合環部分を含み、本明細書中に記載の共役したポリマーを形成するために反応され得る1種または2種以上の反応基をさらに含む、モノマーに関する。
本発明はまた、該縮合環部分および1種または2種以上の不活性基を含む小分子にも関する。
本発明は、さらに、電荷輸送の、半電導性の、電気伝導性の、光伝導性の、または発光の材料としての、または、光学の、電気光学の、電子の、エレクトロルミネセンスの、または光ルミネセンスのデバイスにおける、または、かかるデバイスの部品における、または、かかるデバイスまたは部品を含むアセンブリにおける、本発明のポリマー、配合物、混合物またはポリマーブレンドの使用に関する。
光学の、電気光学の、電子の、エレクトロルミネセンスの、および光ルミネセンスのデバイスは、限定せずに、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、レーザダイオード、ショットキーダイオード、光伝導体および光検出器を含む。
上のデバイスの部品は、限定せずに、電荷注入層、電荷輸送層、中間層、平坦化層、帯電防止膜、ポリマー電解質膜(PEM)、伝導性基板および伝導性のパターンを含む。
かかるデバイスまたは部品を含むアセンブリは、限定せずに、集積回路(IC)、無線自動識別(RFID)タグまたはセキュリティマーキングまたはそれを含有するセキュリティデバイス、フラットパネルディスプレイまたはそれらのバックライト、電子写真デバイス、電子写真記録デバイス、有機メモリデバイス、センサデバイス、バイオセンサおよびバイオチップを含む。
本発明の他の目標および利点は、以下の詳解から容易に明らかとなるであろう。
図面の簡単な説明
図1は、典型的なボトムゲート/トップコンタクトのOTFT構造を描いたものである。
図2は、典型的なボトムゲート/ボトムコンタクトのOTFT構造を描いたものである。
図3は、典型的なトップゲート/ボトムコンタクトのOTFT構造を描いたものである。
図4は、典型的なトップゲート/トップコンタクトのOTFT構造を描いたものである。
詳細な説明
本発明の目的において、用語「置換された」は、置換、すなわち、ハロゲン原子、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するアルキル、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するアルキル(ここで、水素原子の少なくとも1個が、ハロゲン原子により置き換わられている)、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するアルキル(ここで、メチレン部分(CH2)の少なくとも1個が、酸素原子により置き換わられている)、5から20個までの環原子(該環原子が、炭素原子および以下で定義されるヘテロ原子からなる群から互いに独立して選択される)を有するアリール、5から20個までの環原子(該環原子が、炭素原子および以下で定義されるヘテロ原子からなる群から互いに独立して選択され、少なくとも1個の水素がハロゲン原子により置き換わられている)を有するアリールからなる群から選択される置換基RSによる水素の置き換え、を示すために使用される。
本発明の目的において、用語「置換された」は、置換、すなわち、ハロゲン原子、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するアルキル、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するアルキル(ここで、水素原子の少なくとも1個が、ハロゲン原子により置き換わられている)、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するアルキル(ここで、メチレン部分(CH2)の少なくとも1個が、酸素原子により置き換わられている)、5から20個までの環原子(該環原子が、炭素原子および以下で定義されるヘテロ原子からなる群から互いに独立して選択される)を有するアリール、5から20個までの環原子(該環原子が、炭素原子および以下で定義されるヘテロ原子からなる群から互いに独立して選択され、少なくとも1個の水素がハロゲン原子により置き換わられている)を有するアリールからなる群から選択される置換基RSによる水素の置き換え、を示すために使用される。
本発明の目的において、用語「ポリマー」は、分子量が相対的に高い分子であって、その構造が、分子量の相対的に低い分子に実際的または概念的に由来する単位の多重反復を本質的に含むことを意味することが理解されるであろう(Pure Appl. Chem., 1996, 68, 2291)。用語「オリゴマー」は、相対分子量が中間の分子であって、その構造が、分子量が相対的に低い分子に実際的または概念的に由来する少数の単位を本質的に含むことを意味することが理解されるであろう(Pure Appl. Chem., 1996, 68, 2291)。本明細書で使用されるような好ましい意味において、ポリマーは、>1個すなわち少なくとも2個の反復単位、好ましくは≧5個の反復単位を有する化合物を意味することが理解されるでろう。そしてオリゴマーは、>1個かつ<10個の、好ましくは<5個の反復単位を有する化合物を意味することが理解されるであろう。
さらに、本明細書中で使用される用語「ポリマー」は、1種または2種以上の異なるタイプの反復単位(分子の最小の構成単位)の骨格(「主鎖」とも称される)を包含し、一般的に知られている用語「オリゴマー」、「コポリマー」、「ホモポリマー」などを含む分子を意味することが理解されるであろう。さらに、用語ポリマーは、ポリマーそれ自体に加えて、かかるポリマーの合成に付随するイニシエータ、触媒および他の要素からの残留物を含むことが理解されるであろう(ここで、かかる残留物は、共有結合でそれらに組み込まれないことが理解される)。さらに、かかる残留物および他の要素は、重合後の精製処理の間に通常は除去されるが、典型的には、それらが一般に、容器間または溶媒間または分散媒間で移されるときポリマーとともにとどまるように、ポリマーと混合されるか、または混ぜられる。
本明細書中で使用される用語「反復単位」、「繰り返し単位」および「モノマー単位」は、互換的に使用され、最小の構成単位である繰り返し構成単位(constitutional repeating unit)(CRU)であって、その繰り返しが、規則正しい高分子、規則正しいオリゴマー分子、規則正しいブロックまたは規則正しい鎖を構成することを意味することが理解されるであろう(Pure Appl. Chem., 1996, 68, 2291)。本明細書中でさらに使用される用語「単位」は、そのままで繰り返し単位であり得るか、または他の単位と一緒に繰り返し構成単位を形成し得る構造単位を意味することが理解されるであろう。
本明細書中で使用される「末端基」は、ポリマー骨格を終結させる基を意味することが理解されるであろう。表現「骨格中の末端の位置において」は、片側でかかる末端基と、もう片側で他の反復単位と連結される二価単位または反復単位を意味することが理解されるであろう。かかる末端基は、例えば以下に定義されるようなReまたはRfの意味を有する基などの、重合反応に関与しないポリマー骨格を形成するモノマーに付着されるエンドキャップ基または反応基を含む。
本明細書中に使用される用語「エンドキャップ基」は、ポリマー骨格の末端基に付着されるか、または置き換えられる基を意味することが理解されるであろう。エンドキャップ基は、エンドキャッピング処理によってポリマー中へ導入され得る。エンドキャッピングは、例えば、ポリマー骨格の末端基を、例えばアルキル−またはアリールハロゲン化物、アルキル−またはアリールスタンナン、または、アルキル−またはアリールボロナートなどの単官能性化合物(「エンドキャッパー」)と反応させること等によって、行われ得る。エンドキャッパーは、例えば重合反応後等に、加えられ得る。代わりに、エンドキャッパーは、重合反応前またはその間に、反応混合物へin situで加えられ得る。エンドキャッパーのin situでの添加はまた、重合反応を終結させ、よって形成するポリマーの分子量を制御するためにも使用され得る。
本明細書中で使用される用語「ドナー」または「供与する」および「アクセプタ」または「受容する」は夫々、電子ドナーおよび電子アクセプタを意味することが理解されるであろう。「電子ドナー」は、電子を、他の化合物または化合物の他の原子群へ供与する化学種を意味することが理解されるであろう。「電子アクセプタ」は、他の化合物または化合物の他の原子団からそれへ移された電子を受容する化学種を意味することが理解されるであろう。International Union of Pure and Applied Chemistry, Compendium of Chemical Technology, Gold Book, Version 2.3.2, 19. August 2012, pages 477 and 480もまた参照。
本明細書中で使用される用語「n型」または「n型半導体」は、伝導電子密度が移動正孔密度を上回る外因性(extrinsic)半導体を意味することが理解されるであろう。そして用語「p型」または「p型半導体」は、移動正孔密度が伝導電子密度を上回る外因性半導体を意味することが理解されるであろう(J. Thewlis, Concise Dictionary of Physics, Pergamon Press, Oxford, 1973もまた参照)。
本明細書中で使用される用語「脱離基」は、特定の反応に関与する分子の残基または主要部分であると見なされるものにおいて、原子から切り離されるようになる原子または基(荷電されていても、荷電されていなくてもよい)を意味することが理解されるであろう(Pure Appl. Chem., 1994, 66, 1134もまた参照)。
本明細書中に使用される用語「共役した」は、sp2混成(または任意にsp混成も同様)にある主にC原子を含有する化合物(例えばポリマー等)を意味することが理解されるであろう(ここで、これらのC原子もまた、ヘテロ原子によって置き換えられてもよい)。最も単純なケースにおいて、これは、例えば、C−C単結合および二重(または三重)結合を交互に有する化合物等であるが、例えば1,4−フェニレンなどの芳香族単位を有する化合物でもある。これに関連する用語「主に」は、天然に(自然発生的に)生じる欠陥を有するか、または設計によって含まれる欠陥を有する化合物が、共役の中断をもたらし得るが、依然として共役した化合物であると見なされることを意味することが理解されるであろう。International Union of Pure and Applied Chemistry, Compendium of Chemical Technology, Gold Book, Version 2.3.2, 19. August 2012, pages 322-323もまた参照。
特に明記しない限り、本明細書中で使用される分子量は、数平均分子量Mnまたは重量平均分子量Mwとして与えられ、それは、テトラヒドロフラン、トリクロロメタン(TCM、クロロホルム)、クロロベンゼンまたは1,2,4−トリクロロベンゼン等の溶出液中ポリスチレン標準に対してゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)によって決定される。特に明記しない限り、1,2,4−トリクロロベンゼンが溶媒として使用される。ポリマーの分子量分布(「MWD」)は、多分散性指数(「PDI」)とも称され得るが、Mw/Mn比率として定義される。重合度m(またはn)は、反復単位の総数とも称されるが、m(またはn)として与えられる数平均重合度=Mn/Mu(式中、Mnは、数平均分子量であり、Muは、単一の反復単位の分子量である)を意味することが理解されるであろう。J.M.G. Cowie, Polymers: Chemistry & Physics of Modern Materials, Blackie, Glasgow, 1991を参照。
本発明は、縮合環部分(I):
Xは、独立して(すなわち、(I)中の4個のXは、異なる構造を有し得る)、酸素(O)、硫黄(S)またはNR(Rは、独立して、水素、または、任意に置換されていてもよい、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する、環状および/または非環状の炭化水素、例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等、または、任意の他の好適な基である)であり;
Mは、これらに制限されないが、以下の構造:
式中:
は、隣接した5員環とMとの縮合を示し、該縮合は、いずれか好適な方向であり得;
各構造は、約1個〜約60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素(C)原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る、
を含むモノマーの、オリゴマーの、およびポリマーの半導体材料の開発および適用に関する。
各構造は、約1個〜約60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素(C)原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る、
を含むモノマーの、オリゴマーの、およびポリマーの半導体材料の開発および適用に関する。
アルキルまたはアルコキシラジカル、すなわち末端CH2基が−O−によって置き換えられている場合、直鎖または分枝であり得る。かかるアルキルおよびアルコキシラジカルの好適な例は、メチル、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、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、メトキシ、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、オクトキシ、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシまたはテトラデコキシである。好ましいアルキルおよびアルコキシラジカルは、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から40個までの、さらにより好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有する。かかる好ましいアルキルおよびアルコキシラジカルの好適な例は、メチル、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、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、2−エチルヘキシル、2−ブチルオクチル、2−ヘキシルデシル、2−オクチルドデシル、2−デシルテトラデシル、4−デシルヘキサデシル、7−デシルノナデシル、4−オクタデシルデコシル、メトキシ、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、オクトキシ、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、2−エチル−ヘキソキシ、2−ブチルオクトキシ、2−ヘキシルデコキシおよび2−オクチルドデコキシからなる群から選択されてもよい。
1個または2個以上のCH2基が−CH=CH−により置き換わられているアルケニル基は、直鎖または分枝であり得る。それは、好ましくは2〜40個、より好ましくは2〜30個、さらにより好ましくは2〜20個、最も好ましくは2〜10個のC原子を有する。アルケニル基の好ましい例は、ビニル、プロパ−1−エニルまたはプロパ−2−エニル、ブタ−1−エニル、ブタ−2−エニルまたはブタ−3−エニル、ペンタ−1−エニル、ペンタ−2−エニル、ペンタ−3−エニルまたはペンタ−4−エニル、ヘキサ−1−エニル、ヘキサ−2−エニル、ヘキサ−3−エニル、ヘキサ−4−エニルまたはヘキサ−5−エニル、ヘプタ−1−エニル、ヘプタ−2−エニル、ヘプタ−3−エニル、ヘプタ−4−エニル、ヘプタ−5−エニルまたはヘプタ−6−エニル、オクタ−1−エニル、オクタ−2−エニル、オクタ−3−エニル、オクタ−4−エニル、オクタ−5−エニル、オクタ−6−エニルまたはオクタ−7−エニル、ノナ−1−エニル、ノナ−2−エニル、ノナ−3−エニル、ノナ−4−エニル、ノナ−5−エニル、ノナ−6−エニル、ノナ−7−エニルまたはノナ−8−エニル、デカ−1−エニル、デカ−2−エニル、デカ−3−エニル、デカ−4−エニル、デカ−5−エニル、デカ−6−エニル、デカ−7−エニル、デカ−8−エニルまたはデカ−9−エニルからなる群から選択されてもよい。
特に好ましいアルケニル基は、C2〜C20−1E−アルケニル、C4〜C20−3E−アルケニル、C5〜C20−4−アルケニルおよびC6〜C20−5−アルケニル、とりわけ、C2〜C7−1E−アルケニル、C4〜C7−3E−アルケニルおよびC5−C7−4−アルケニルである。特に好ましいアルケニル基の例は、ビニル、1E−プロぺニル、1E−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。最大12個までのC原子を有するアルケニル基が、一般に好ましい。
本明細書中で使用される用語「アリール」および「ヘテロアリール」は、好ましくは、縮合環もまた含んでいてもよく、かつ、1個または2個以上の基Lで任意に置換されている、4〜30個の環C原子を有する、単環式の、二環式の、または三環式の、芳香族基またはヘテロ芳香族基を意味し、ここでLは、ハロゲン、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(=O)NR0R00、−C(=O)X0、−C(=O)R0、−NH2、−NR0R00、−SH、−SR0、−SO3H、−SO2R0、−OH、−NO2、−CF3、−SF5、任意に置換されていてもよいシリル、または、任意に置換されていてもよく、かつ1個または2個以上のヘテロ原子を任意に含んでいてもよい、1〜60個の、好ましくは1〜50個の、より好ましくは1〜40個の、さらにより好ましくは1〜30個の、最も好ましくは1〜20個のC原子を有する、カルビルまたはヒドロカルビルから選択され、好ましくは、任意にフッ素化されていてもよい、1〜40個の、好ましくは1〜30個の、より好ましくは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(thiaalkyl)、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニルまたはアルコキシカルボニルオキシであり、R0、R00およびX0は、以上以下で与えられる意味を有する。
極めて好ましい置換基Lは、ハロゲン(最も好ましくはF)、または、1〜24個または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、フルオロアルキルおよびフルオロアルコキシ、または、2〜24個または2〜12個のC原子を有するアルケニルおよびアルキニルから選択される。
特に好ましいアリールおよびヘテロアリール基は、フェニル、1個または2個以上の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、フルオレンおよびオキサゾールにより置き換わられているフェニル(これらのうち全てが、非置換であるか、上で定義されたLで単置換または多置換され得る)である。極めて好ましい環は、ピロール、好ましくはN−ピロール、フラン、ピリジン、好ましくは2−または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、好ましくは2−チオフェン、セレノフェン、好ましくは2−セレノフェン、チエノ[3,2−b]チオフェン、チエノ[2,3−b]チオフェン、フロ[3,2−b]フラン、フロ[2,3−b]フラン、セレノ[3,2−b]セレノフェン、セレノ[2,3−b]セレノフェン、チエノ[3,2−b]セレノフェン、チエノ[3,2−b]フラン、インドール、イソインドール、ベンゾ[b]フラン、ベンゾ[b]チオフェン、ベンゾ[1,2−b;4,5−b’]ジチオフェン、ベンゾ[2,1−b;3,4−b’]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、ベンズイソチアゾール、ベンズイソキサゾール、ベンズオキサジアゾール、ベンズオキサゾール、ベンゾチアジアゾールから選択され、これらのうち全てが、非置換であるか、上で定義されたLで単置換または多置換され得る。アリールおよびヘテロアリール基のさらなる例は、以下に示される基から選択されるものである。
具体的に、(I)は、以下の例示構造:
の1つであり、
式中、Rは、独立して、水素、または、例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等の、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する、任意に置換されていてもよい炭化水素、または、任意の他の好適な基であり;
R’は、独立して、水素、または、例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等の、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する、任意に置換されていてもよい炭化水素、または、任意の他の好適な基であり;
各構造は、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
より具体的には、(I)は、以下の構造:
の1つであり、
Rは、独立して、水素、または、例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等の、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する、任意に置換されていてもよい炭化水素、または、任意の他の好適な基であり;
各構造は、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、さらに置換され得る。
より具体的には、本発明は、以下の一般構造(PI)および(PII):
を有する部分(I)を含む、モノマーの、オリゴマーの、およびポリマーの半導体材料の開発に関し、
式中、
X、MおよびRは、上のように定義され;
aは、1から20までの整数であり;
bまたはcは、0(ゼロ)から20までの整数であり;
単位Arおよび単位M1−(I)−M2は、ランダムまたは交互に接続され得、例えば、(PI)または(PII)は、ランダムコポリマー、交互コポリマーまたはブロックコポリマーであり得;
nは、約1から1,000,000までの数であり;
は、連結がcis−またはtrans−構造であり得ることを示し;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
X、MおよびRは、上のように定義され;
aは、1から20までの整数であり;
bまたはcは、0(ゼロ)から20までの整数であり;
単位Arおよび単位M1−(I)−M2は、ランダムまたは交互に接続され得、例えば、(PI)または(PII)は、ランダムコポリマー、交互コポリマーまたはブロックコポリマーであり得;
nは、約1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
「*」として好適な他の基または部分は、以下のRaまたはRcのために定義されたとおりであってもよい。
Arは、独立して(すなわち、b>1のケースにおいて、各Arは、他と異なる構造を有していてもよい)、これらに制限されないが、以下の構造:
Arは、独立して(すなわち、b>1のケースにおいて、各Arは、他と異なる構造を有していてもよい)、これらに制限されないが、以下の構造:
式中、各構造は、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
Rは、独立して、水素、または、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールまたは置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基であり;
M1およびM2は、独立して、これらに制限されないが、以下の構造:
から選択されるπ共役した部分およびそれらの組み合わせであり、
式中、各構造は、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
Rは、独立して、水素、または、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールまたは置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基である。
より具体的には、(PI)および(PII)は、以下の構造:
から選択され、
式中:
M1、M2、Ar、R、a、bおよびnは、上のように定義され;
各構造は、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
は、連結がcis−またはtrans−構造であり得ることを示し;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
M1、M2、Ar、R、a、bおよびnは、上のように定義され;
各構造は、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
「*」として好適な他の基または部分は、以下のRaまたはRcのために定義されたとおりであってもよい。
本発明の好ましい態様は、(1)から(230)の構造で図示される:
本発明の好ましい態様は、(1)から(230)の構造で図示される:
式中:
Rは、独立して、水素、または、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールまたは置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基であり;
Rは、独立して、水素、または、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールまたは置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基であり;
各構造は、1〜60個の、第1の好ましい側面において1〜40個の、第2の好ましい側面において41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
「*」として好適な他の基または部分は、以下のRaまたはRcのために定義されたとおりであってもよい。
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
「*」として好適な他の基または部分は、以下のRaまたはRcのために定義されたとおりであってもよい。
上で定義された該縮合環部分を含む化合物は、好ましくは、小分子、モノマーおよびポリマーからなる群から選択されてもよい。本明細書中で使用される用語「小分子」は、該縮合環部分と、使用条件下で不活性であり、よってかかる小分子が重合されるのを阻害する2種の不活性な化学基とを含む化合物を示すために使用されるであろう。それとは対照的に、用語「モノマー」は、該縮合環部分と、かかるモノマーがポリマーの一部を形成するために反応され得る少なくとも1種の反応性化学基とを含む化合物を示すために使用される。
第1の好ましい態様
第1の好ましい態様において、本発明は、以下の側面EA−1〜EA−8に関する:
EA−1.縮合環部分(I):
を含む、モノマー、オリゴマーまたはポリマー、
第1の好ましい態様において、本発明は、以下の側面EA−1〜EA−8に関する:
EA−1.縮合環部分(I):
Xは、独立して、酸素(O)、硫黄(S)またはNR(Rは、独立して、水素、または、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基である)であり;
は、他の部分(単数または複数)との連結を示し;
Mは、共役した部分である。
Mは、共役した部分である。
EA−2.EA−1のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、ここでMは、以下の構造の群:
から選択され、
式中:
は、隣接した5員環とのMとの縮合を示し、該縮合はいずれか好適な方向であり得;
各構造は、約1個〜約40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
各構造は、約1個〜約40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
EA−3.EA−1のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、ここで(I)は、以下の構造:
から選択され、
ここで、Rは、独立して、水素、または、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基であり;
R’は、独立して、水素、または、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基であり;
各構造は、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、さらに置換され得る。
EA−4.以下の構造PIおよびPII:
を有する、EA−1〜EA−3のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、
式中、X、MおよびRは、上のように定義され;aは、1から20までの整数であり;bまたはcは、0(ゼロ)から20までの整数であり;単位Arおよび単位M1−(I)−M2は、ランダムまたは交互に接続され得、すなわち、(PI)または(PII)は、ランダムコポリマー、交互コポリマーまたはブロックコポリマーであり得;nは、1から1,000,000までの数であり;
は、連結がcis−またはtrans−構造であり得;末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得;Arは、独立して、π共役した部分である。
EA−5.EA−4のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、ここでArは、独立して、以下の構造:
式中、Rは、独立して、水素、または、任意に、1〜40個の炭素原子を有する、アルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールまたは置換されたアリールの、炭化水素であり;
各構造は、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
EA−6.EA−4およびEA−5のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、ここで、Arは、独立して、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素、ニトロおよびハロゲンから選択される、1種または2種以上の好適な基で任意に置換されていてもよい。
EA−7.以下の構造の1つを有する、EA−4のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。
式中、
M1、M2、Ar、R、a、bおよびnは、上のように定義され;
各構造は、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
は、連結がcis−またはtrans−構造であり得ることを示し;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
M1、M2、Ar、R、a、bおよびnは、上のように定義され;
各構造は、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
EA−8.EA−4およびEA−7のモノマー、オリゴマーまたはポリマーが、上の構造(1)から(230)から選択され、式中:
Rは、独立して、水素、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基から選択され;
Rは、独立して、水素、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基から選択され;
各構造は、1〜40個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
第2の好ましい態様
第2の好ましい態様において、本発明は、以下の側面EB−1〜EB−8に関する:
EB−1.縮合環部分(I):
を含む、モノマー、オリゴマーまたはポリマー、
第2の好ましい態様において、本発明は、以下の側面EB−1〜EB−8に関する:
EB−1.縮合環部分(I):
Xは、独立して、酸素(O)、硫黄(S)またはNR(Rは、独立して、水素、または、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基である)であり;
は、他の部分(単数または複数)との連結を示し;
Mは、共役した部分である。
Mは、共役した部分である。
EB−2.EB−1のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、ここでMは、以下の構造の群:
から選択され、
式中:
は、隣接した5員環とのMとの縮合を示し、該縮合はいずれか好適な方向であり得;
各構造は、約41(または45)個〜約60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
各構造は、約41(または45)個〜約60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
EB−3.EB−1のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、ここで(I)は、以下の構造:
から選択され、
ここで、Rは、独立して、水素、または、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基であり;
R’は、独立して、水素、または、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基であり;
R’は、独立して、水素、または、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基であり;
各構造は、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
EB−4.以下の構造PIおよびPII:
を有する、EB−1〜EB−3のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、
式中、X、MおよびRは、上のように定義され;aは、1から20までの整数であり;bまたはcは、0(ゼロ)から20までの整数であり;単位Arおよび単位M1−(I)−M2は、ランダムまたは交互に接続され得、すなわち、(PI)または(PII)は、ランダムコポリマー、交互コポリマーまたはブロックコポリマーであり得;nは、1から1,000,000までの数であり;
は、連結がcis−またはtrans−構造であり得ることを示し;末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得;Arは、独立して、π共役した部分である。
EB−5.EB−4のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、ここでArは、独立して、以下の構造:
式中、Rは、独立して、水素、または、任意に、41(または45)〜60個の炭素原子を有する、アルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールまたは置換されたアリールの、炭化水素であり;
各構造は、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
各構造は、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る。
EB−6.EB−4およびEB−5のモノマー、オリゴマーまたはポリマー、ここでArは、独立して、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素、ニトロおよびハロゲンから選択される、1種または2種以上の好適な基で任意に置換されていてもよい。
EB−7.以下の構造の1つを有する、EB−4のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。
式中、
M1、M2、Ar、R、a、bおよびnは、上のとおりに定義され;
各構造は、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
は、連結が、cis−またはtrans−構造であり得ることを示し;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
M1、M2、Ar、R、a、bおよびnは、上のとおりに定義され;
各構造は、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る。
EB−8.EB−4およびEB−7のモノマー、オリゴマーまたはポリマーは、上の構造(1)から(230)から選択され、式中:
Rは、独立して、水素、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基から選択され;
Rは、独立して、水素、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)、または、任意の他の好適な基から選択され;
各構造は、41(または45)〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、いずれかの他の好適な基または部分であり得る。
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、いずれかの他の好適な基または部分であり得る。
(I)を含有するモノマーは、例えばConnor, et al. U. S. Patent 6492533 B1 (Dec. 10, 2002) および Nesvadba, et al. U. S. Patent 6503937 B1等の文献における知られている手順により、容易に合成され得る。
態様において、本発明における部分(I)を含む、モノマーの、オリゴマーの、またはポリマーの材料は、薄膜トランジスタ、薄膜太陽電池およびセンサ等の電子デバイスに使用され得る。電子デバイスにおける半導体としての、本モノマー、オリゴマーまたはポリマーの使用は、本明細書中、薄膜トランジスタを使用して図示される。
図1には、基板、それに接するゲート電極およびゲート誘電体の層を含む、ボトムゲート/トップコンタクトOTFT構成が図式で示される。ゲート誘電体の上には、有機半導体層がある。2つの伝導性のコンタクトであるソース電極およびドレイン電極は、有機半導体層の上に沈着される。
図2は、基板、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極、ゲート誘電体層、および、有機半導体層を含む、ボトムゲート/ボトムコンタクトOTFT構成を図式で示す。
図3は、基板、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極、ゲート誘電体層、および、有機半導体層を含む、トップゲート/ボトムコンタクトOTFT構成を図式で示す。
図4は、基板、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極、ゲート誘電体層、および、有機半導体層を含む、トップゲート/トップコンタクトOTFT構成を図式で示す。
図5は、電子蓄積状態における、PIBDFT−24(200℃で15分間アニールされた)を有するOTFTデバイスの出力(左)および輸送(右)の特徴を示す。L=30μm、W=1mm。
図6は、電子蓄積状態における、PIBDFV−24(200℃で15分間アニールされた)を有するOTFTデバイスの出力(左)および輸送(右)の特徴を示す。L=30μm、W=1mm。
図7は、電子蓄積状態における、PIBDFV−26(200℃で15分間アニールされた)を有するOTFTデバイスの出力(左)および輸送(右)の特徴を示す。L=30μm、W=1mm。
図8は、電子蓄積状態における、PIBDFV−40(200℃で15分間アニールされた)を有するOTFTデバイスの出力(左)および輸送(右)の特徴を示す。L=30μm、W=1mm。
図9は、電子蓄積状態における、PIBDFBT−40(200℃で15分間アニールされた)を有するOTFTデバイスの出力(左)および輸送(右)の特徴を示す。L=30μm、W=1mm。
図10は、正孔蓄積状態における、PIBDFBT−40(200℃で15分間アニールされた)を有するOTFTデバイスの出力(左)および輸送(右)の特徴を示す。L=30μm、W=1mm。
半導体層は、例えば約10ナノメートルから約1マイクロメートルまでに及ぶ厚さを有し、好ましくは約20から約200ナノメートルまでの厚さを有する。OTFTデバイスは、幅Wおよび長さLを有する半導体チャネルを含有する。半導体チャネル幅は、例えば約1マイクロメートルから約5ミリメートルまで、具体的なチャネル幅は約5マイクロメートルから約1ミリメートルまでであってもよい。半導体チャネル長さは、例えば、約10ナノメートルから約1ミリメートルまで、より具体的なチャネル長さは約20ナノメートルから約500マイクロメートルまでであってもよい。
小分子およびモノマー
一側面において、本発明は、小分子、すなわち該縮合環部分と2種の不活性な化学基RaおよびRbとを含む化合物、を提供する。かかる小分子は、例えば、式(II−a)で表されてもよく
Ra−Q−Rb (II−a)
一側面において、本発明は、小分子、すなわち該縮合環部分と2種の不活性な化学基RaおよびRbとを含む化合物、を提供する。かかる小分子は、例えば、式(II−a)で表されてもよく
Ra−Q−Rb (II−a)
式中、Qは、該縮合環部分を含み、RaおよびRbは、不活性な化学基である。かかる不活性な化学基RaおよびRbは、互いに独立して、例えば、水素、フッ素、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するアルキル、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するフルオロアルキル、5から30個までの炭素原子の芳香族環系、および、1個または2個以上の水素原子が、互いに独立して、フッ素、または、1から40個までの、好ましくは1から30個までの、より好ましくは1から20個までの、最も好ましくは1から10個までの炭素原子を有するアルキルで置き換えられていてもよい、5から30個までの炭素原子の芳香族環系からなる群から選ばれてもよい。
他の側面において、本発明は、モノマー、すなわち該縮合環部分と、Cl、Br、I、O−トシラート、O−トリフラート、O−メシラート、O−ノナフラート、−SiMe2F、−SiMeF2、−O−SO2Z1、−B(OZ2)2、−CZ3=C(Z3)2、−C≡CH、−C≡CSi(Z1)3、−ZnX0および−Sn(Z4)3(式中、X0は、上で定義されたとおりであり、Z1、Z2、Z3およびZ4は、アルキルおよびアリールからなる群から選択され、夫々は任意に置換されていてもよい、2つの基Z2はまた、一緒に環基を形成してもよい)からなる群から選択されてもよい少なくとも1種の反応性化学基Rcと、を含む化合物を提供する。代わりに、かかるモノマーは、2種の反応性化学基を含んでもよく、例えば式(II−b)で表され、
Rc−Q−Rd (II−b)
式中、Qは、該縮合環部分を含み、RcおよびRdは、Rcのために上で定義されたとおりの反応性化学基である。
式中、Qは、該縮合環部分を含み、RcおよびRdは、Rcのために上で定義されたとおりの反応性化学基である。
好ましくは、式(II−a)および(II−b)中のQは、さらに、上で定義されたとおりの、1種または2種以上の(例えば2、3、4、5、6、7、8、9または10種の)アリールまたはヘテロアリールを含んでもよい。Qの好ましい例は、以下を含んでもよく、好ましくは以下からなってもよく
*−Ua m1−Ara m2−Ub m3−Arb m4−Arc m5−* (III)
*−Ua m1−Ara m2−Ub m3−Arb m4−Arc m5−* (III)
式中、
UaおよびUbは、互いに独立して、上で定義されたとおりの、該縮合環部分とその従属式のいずれかとから選択され;
Ara、ArbおよびArcは、互いに独立して、UaおよびUbとは異なるアリールまたはヘテロアリールであり;
UaおよびUbは、互いに独立して、上で定義されたとおりの、該縮合環部分とその従属式のいずれかとから選択され;
Ara、ArbおよびArcは、互いに独立して、UaおよびUbとは異なるアリールまたはヘテロアリールであり;
m1、m2、m3およびm4は、互いに独立して、0、1および2からなる群から選択され、ただしm1およびm3の少なくとも1つは、0ではない条件であり;および
m5は、0、または、1から10までの整数(例えば2、3、4、5、6、7、8または9等)である。
m5は、0、または、1から10までの整数(例えば2、3、4、5、6、7、8または9等)である。
好ましくは、Ara、ArbおよびArcは、5から30個までの環原子を有するアリールおよび5から30個までの環原子を有するヘテロアリールから選択される。該アリールおよびヘテロアリールは、任意に、少なくとも1つの、前に定義されたとおりの置換基Lで、置換されてもよい。好ましい置換基Lは、1から60個までの炭素原子を有するアルキル、より好ましくは1から40個までの炭素原子を有するアルキル、さらにより好ましくは1から30個までの炭素原子を有するアルキル、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有するアルキルから選択される。任意に、該アルキルは、部分的に、または完全に、フッ素化されていてもよい。
好ましい小分子およびモノマーは、以下の式(III−a−1)および(III−a−2)の1つから選択されるQを有するものであって、
*−Ara m2−Ub−Arb m4−* (III−a−1)
*−Ua m1−Ara m2−Ub m3−* (III−a−2)
ここでAra、Arb、Ua、Ub、m1、m2、m3およびm4は、上で定義されたとおりである。
*−Ara m2−Ub−Arb m4−* (III−a−1)
*−Ua m1−Ara m2−Ub m3−* (III−a−2)
ここでAra、Arb、Ua、Ub、m1、m2、m3およびm4は、上で定義されたとおりである。
特に好ましい小分子およびモノマーは、以下の式(III−b−1)〜(III−b−5)の1つから選択されるQを有するものであって、
*−Ara−Ua−Arb−* (III−b−1)
*−Ua−* (III−b−2)
*−Ara−Ua−* (III−b−3)
*−Ua−Arb−* (III−b−4)
*−Ua−Ara−Ub−* (III−b−5)
ここでAra、Arb、UaおよびUbは、上で定義されたとおりである。
*−Ara−Ua−Arb−* (III−b−1)
*−Ua−* (III−b−2)
*−Ara−Ua−* (III−b−3)
*−Ua−Arb−* (III−b−4)
*−Ua−Ara−Ub−* (III−b−5)
ここでAra、Arb、UaおよびUbは、上で定義されたとおりである。
式(III)、(III−a−1)、(III−a−2)および(III−b−1)〜(III−b−5)で表されるQの特に好ましい例は、Ara、ArbおよびArcの1つまたは2つ以上が、アリールまたはヘテロアリール、好ましくは電子ドナー特性または電子アクセプタ特性を有するアリールまたはヘテロアリールを示すものである。
電子ドナー特性を有するアリールおよびヘテロアリールの好適な例は、以下の式(D1)〜(D126)からなる群から選択されてもよく、
電子アクセプタ特性を有するアリールおよびヘテロアリールの好適な例は、以下の式(A−1)〜(A−91)からなる群から選択されてもよく、
式中、X11およびX12のうち一方はSであり、他方はSeであり、R11、R12、R13、R14およびR15は、互いに独立して、水素、F、Br、Cl、−CN、−NC、−NCO、−NCS、−OCN、−SCN、−C(O)NR0R00、−C(O)X0、−C(O)R0、−NH2、−NR0R00、−SH、−SR0、−SO3H、−SO2R0、−OH、−NO2、−CF3、−SF5、任意に置換されていてもよいシリル、または、任意に置換されていてもよく、かつ任意に1個または2個以上のヘテロ原子を含んでいてもよい、1〜60個の、好ましくは1〜50個の、より好ましくは1〜40個のC原子を有する、ヒドロカルビルからなる群から選択され、X0、R0およびR00は、前で定義されたとおりである。
ポリマー
さらなる側面において、本発明は、オリゴマーまたはポリマー、すなわち1個以上の該縮合環部分を含む化合物を提供する。好ましくは、かかるオリゴマーまたはポリマーは、式(III)、(III−a−1)、(III−a−2)および(III−b−1)〜(III−b−5)のいずれか1つにおいて定義されたとおりの基Qを1個以上含む。各出現において、Qは、同じであっても、異なっていてもよい。
さらなる側面において、本発明は、オリゴマーまたはポリマー、すなわち1個以上の該縮合環部分を含む化合物を提供する。好ましくは、かかるオリゴマーまたはポリマーは、式(III)、(III−a−1)、(III−a−2)および(III−b−1)〜(III−b−5)のいずれか1つにおいて定義されたとおりの基Qを1個以上含む。各出現において、Qは、同じであっても、異なっていてもよい。
任意に、かかるオリゴマーまたはポリマーは、さらに、任意に置換されていてもよい単環式または多環式のアリール基またはヘテロアリール基から選択される基を含む繰り返し単位を含んでもよい。好ましくは、かかるさらなる繰り返し単位は、以下の1つから選択され、
*−[−Ard m6−Ara m2−Are m7−Arb m4−Arc m5]−* (IV)
*−[−Ard m6−Ara m2−Are m7−Arb m4−Arc m5]−* (IV)
式中、
Ara、Arb、Arc、m2、m4およびm5は、上で定義されたとおりであり;
ArdおよびAreは、各々独立して、電子ドナー特性または電子アクセプタ特性を有するアリールまたはヘテロアリールであり、好ましくは、互いに独立して、式(D−1)〜(D−126)および(A−1)〜(A−91)からなる群から選ばれ;および
m6およびm7は、互いに独立して、0、1または2であり、ただしm6およびm7のうち少なくとも1つは0でない(例えばm6が0でありm7が1であるか、またはm6が1でありm7が0であるか、またはm6が1でありm7が1である)。
Ara、Arb、Arc、m2、m4およびm5は、上で定義されたとおりであり;
ArdおよびAreは、各々独立して、電子ドナー特性または電子アクセプタ特性を有するアリールまたはヘテロアリールであり、好ましくは、互いに独立して、式(D−1)〜(D−126)および(A−1)〜(A−91)からなる群から選ばれ;および
m6およびm7は、互いに独立して、0、1または2であり、ただしm6およびm7のうち少なくとも1つは0でない(例えばm6が0でありm7が1であるか、またはm6が1でありm7が0であるか、またはm6が1でありm7が1である)。
好ましいオリゴマーおよびポリマーは、例えば、式(V)で表されるポリマー鎖等を含み、
式中、
mは、>1の整数であり;
Q1、Q2およびQ3は、互いに独立して、以下に定義されるとおりのモノマー単位であり、ただしQ1、Q2およびQ3のうち少なくとも1つは、該縮合環部分を含み;
mxは、>0かつ≦1であり;
myは、≧0かつ<1であり;および
mzは、≧0かつ<1であり、
ただし、mx+my+mz=1である。
mは、>1の整数であり;
Q1、Q2およびQ3は、互いに独立して、以下に定義されるとおりのモノマー単位であり、ただしQ1、Q2およびQ3のうち少なくとも1つは、該縮合環部分を含み;
mxは、>0かつ≦1であり;
myは、≧0かつ<1であり;および
mzは、≧0かつ<1であり、
ただし、mx+my+mz=1である。
好ましくは、Q1、Q2およびQ3は、互いに独立して、上の式(III)、(III−a−1)、(III−a−2)および(III−b−1)〜(III−b−5)において、およびそれらのために定義されたとおりのQからなる群から選択される。
式(IV)で表される好適なポリマー鎖の例は、以下の式(V−1)〜(V−10)から選択されてもよく、
*−[(Ara−Ua−Arb)mx−(Arc)my]m−* (V−1)
*−[(Ara−Ua−Arb)mx−(Arc−Arc)my]m−* (V−2)
*−[(Ara−Ua−Arb)mx−(Arc−Arc−Arc)my]m−* (V−3)
*−[(Ara)m2−(Ua)m1−(Arb)m4−(Arc)m5]m−*(V−4)
*−([(Ara)m2−(Ua)m1−(Arb)m4−(Arc)m5]mx−[(Ara)m2−(Ard)m6−(Arb)m4−(Arc)m5]my)m−* (V−5)
*−[(Ua−Ara−Ub)mx−(Arb−Arc)my]m−* (V−6)
*−[(Ua−Ara−Ub)mx−(Arb−Arc−Arb)my]m−*(V−7)
*−[(Ua)m1−(Ara)m2−(Ub)m3−(Arb)m4]m−* (V−8)
*−([(Ua)m1−(Ara)m2−(Ub)m3−(Arb)m4]mx−[(Ard)m6−(Ara)m2−(Are)m7−(Arb)m4]my)m−* (V−9)
*−[(Ua−Ara)mx−(Ub−Arb)my−(Uc−Arc)mz]m−* (V−10)
式中、Ara、Arb、Arc、Ard、Are、Ua、Ub、m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m、mx、myおよびmzは、上で定義されたとおりであり、Ucは、UaおよびUbのために上で定義されたとおりである。
*−[(Ara−Ua−Arb)mx−(Arc)my]m−* (V−1)
*−[(Ara−Ua−Arb)mx−(Arc−Arc)my]m−* (V−2)
*−[(Ara−Ua−Arb)mx−(Arc−Arc−Arc)my]m−* (V−3)
*−[(Ara)m2−(Ua)m1−(Arb)m4−(Arc)m5]m−*(V−4)
*−([(Ara)m2−(Ua)m1−(Arb)m4−(Arc)m5]mx−[(Ara)m2−(Ard)m6−(Arb)m4−(Arc)m5]my)m−* (V−5)
*−[(Ua−Ara−Ub)mx−(Arb−Arc)my]m−* (V−6)
*−[(Ua−Ara−Ub)mx−(Arb−Arc−Arb)my]m−*(V−7)
*−[(Ua)m1−(Ara)m2−(Ub)m3−(Arb)m4]m−* (V−8)
*−([(Ua)m1−(Ara)m2−(Ub)m3−(Arb)m4]mx−[(Ard)m6−(Ara)m2−(Are)m7−(Arb)m4]my)m−* (V−9)
*−[(Ua−Ara)mx−(Ub−Arb)my−(Uc−Arc)mz]m−* (V−10)
式中、Ara、Arb、Arc、Ard、Are、Ua、Ub、m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m、mx、myおよびmzは、上で定義されたとおりであり、Ucは、UaおよびUbのために上で定義されたとおりである。
かかるポリマーは、交互コポリマーまたはランダムコポリマーであり得る。式(V−4)および(V−6)に関し、繰り返し単位[(Ara)m2−(Ua)m1−(Arb)m4−(Arc)m5]の少なくとも1個において、存在する場合、繰り返し単位[(Ara)m2−(Ard)m6−(Arb)m4−(Arc)m5]の少なくとも1個において、m1は、少なくとも1であり、m4は少なくとも1であることが好ましい。式(V−8)および(V−9)に関し、繰り返し単位[(Ua)m1−(Ara)m2−(Ub)m3−(Arb)m4]の少なくとも1個において、存在する場合、繰り返し単位[(Ard)m6−(Ara)m2−(Are)m7−(Arb)m4]の少なくとも1個において、m1は少なくとも1であり、m6は少なくとも1であることが好ましい。
本オリゴマーおよびポリマーにおいて、繰り返し単位の総数mは、好ましくは2から10000までである。ポリマーにおいて、繰り返し単位の総数mは、好ましくは少なくとも10、最も好ましくは少なくとも50である。
本オリゴマーおよびポリマーは、ホモポリマーおよびコポリマー、例えば統計コポリマーまたはランダムコポリマー、交互コポリマーおよびブロックコポリマー、および、これらのいずれかの組み合わせ等を含む。
特に好ましくは、以下の群から選択されるポリマーであり、
a)単位Uaまたは(Ara−Ua)または(Ara−Ua−Arb)または(Ara−Ua−Arc)または(Ua−Arb−Arc)または(Ara−Ua−Arb−Arc)または(Ua−Ara−Ua)のホモポリマーからなる、すなわち全繰り返し単位が同一である、群1、
b)同一の単位(Ara−Ua−Arb)または(Ua−Ara−Ua)および同一の単位(Arc)によって形成される、ランダムコポリマーまたは交互コポリマーからなる、群2、
c)同一の単位(Ara−Ua−Arb)または(Ua−Ara−Ub)および同一の単位(Ara)によって形成される、ランダムコポリマーまたは交互コポリマーからなる、群3、
d)同一の単位(Ara−Ua−Arb)または(Ua−Ara−Ub)および同一の単位(Ara−Ard−Arb)または(Ard−Ara−Are)によって形成される、ランダムコポリマーまたは交互コポリマーからなる、群4、
式中、これら全群において、Ara、Arb、Arc、Ard、Are、UaおよびUbは、以上以下で定義されたとおりであり、群1、2および3において、Ara、ArbおよびArcは、単結合とは異なり、群4において、AraおよびArbの1つはまた、単結合も示してもよい。
a)単位Uaまたは(Ara−Ua)または(Ara−Ua−Arb)または(Ara−Ua−Arc)または(Ua−Arb−Arc)または(Ara−Ua−Arb−Arc)または(Ua−Ara−Ua)のホモポリマーからなる、すなわち全繰り返し単位が同一である、群1、
b)同一の単位(Ara−Ua−Arb)または(Ua−Ara−Ua)および同一の単位(Arc)によって形成される、ランダムコポリマーまたは交互コポリマーからなる、群2、
c)同一の単位(Ara−Ua−Arb)または(Ua−Ara−Ub)および同一の単位(Ara)によって形成される、ランダムコポリマーまたは交互コポリマーからなる、群3、
d)同一の単位(Ara−Ua−Arb)または(Ua−Ara−Ub)および同一の単位(Ara−Ard−Arb)または(Ard−Ara−Are)によって形成される、ランダムコポリマーまたは交互コポリマーからなる、群4、
式中、これら全群において、Ara、Arb、Arc、Ard、Are、UaおよびUbは、以上以下で定義されたとおりであり、群1、2および3において、Ara、ArbおよびArcは、単結合とは異なり、群4において、AraおよびArbの1つはまた、単結合も示してもよい。
式(V)および(V−1)〜(V−10)で表される好ましいポリマーは、式(VI)で表されるそれらであってもよく、
Re−鎖−Rf (VI)
Re−鎖−Rf (VI)
式中、「鎖」は、式(V)または(V−1)〜(V−10)のいずれか1つで表されるポリマー鎖を示し、ReおよびRfは、互いに独立して、上で定義されたとおりのRsの意味の1つを有するか、または、互いに独立して、H、F、Br、Cl、I、−CH2Cl、−CHO、−CR’=CR’’2、−SiR’R’’R’’’、−SiR’X’’X’’’、−SiR’R’’X’’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)2、−O−SO2−R’、−C≡CH、−C≡C−SiR’3、−ZnX’’を示し、またはエンドキャップ基X’’およびX’’’は、ハロゲンを示し、R’、R’’およびR’’’は、互いに独立して、前に定義されたとおりのR0の意味の1つを有し、R’、R’’およびR’’’の2つはまた、それが付着される原子とともに環も形成してもよい。
好ましいエンドキャップ基ReおよびRfは、H、C1〜60アルキル、または、任意に置換されていてもよいC6〜12アリールまたはC2〜10ヘテロアリールである。より好ましいエンドキャップ基ReおよびRfは、H、1から50個までの炭素原子を有するアルキルまたはフェニルである。さらにより好ましいエンドキャップ基ReおよびRfは、H、1から40個までの炭素原子を有するアルキルまたはフェニルである。よりさらにより好ましいエンドキャップ基ReおよびRfは、H、1から30個までの、または1から20個までの炭素原子を有するアルキル、または、フェニルである。最も好ましいエンドキャップ基ReおよびRfは、H、1から10個までの炭素原子を有するアルキルまたはフェニルである。
式(V)および(V−1)〜(V−10)で表されるポリマー鎖において、mx、myおよびmzは、単位Q1、Q2およびQ3夫々のモル分率を示し、mは、重合度を示す。これらの式は、Q1、Q2およびQ3のブロックコポリマー、ランダムコポリマーまたは統計コポリマーおよび交互コポリマー、ならびに、mx>0かつmy=mz=0であるケースのためのM1のホモポリマーを含むことが意図される。
さらに好ましくは、以下の好ましい側面または代わりの側面(ただし、かかる側面は、互いに排他的ではない)の1つまたは2つ以上によって特徴付けられる、式(II−a)、(II−b)、(III)、(III−a−1)、(III−a−2)、(III−b−1)〜(III−b−5)、(IV)、(V)、(V−1)〜(V−10)および(VI)で表される繰り返し単位、モノマー、オリゴマーおよびポリマーであり:
− 0<my<1かつmz=0;
− 0<my<1かつ0<mz<1;
− Mwは、少なくとも5,000、好ましくは少なくとも8,000、より好ましくは少なくとも10,000であり;
− 0<my<1かつmz=0;
− 0<my<1かつ0<mz<1;
− Mwは、少なくとも5,000、好ましくは少なくとも8,000、より好ましくは少なくとも10,000であり;
− R1およびR2は、単置換または多置換されたフェニルであり、好ましくは、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から40個までの、さらにより好ましくは1から30個までの、最も好ましくは1から20個までの炭素原子を有する、直鎖または分枝のアルキルから選択される置換基(ここで1個または2個以上のHは、任意にFにより置き換わられていてもよい)により4つの位置(すなわちパラ位で)で単置換され;
− 全ての基RSは、Hを示し;
− 少なくとも1個の基RSは、Hと異なり;
− 全ての基RSは、Hを示し;
− 少なくとも1個の基RSは、Hと異なり;
− RSは、各出現において独立して、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から40個までの、最も好ましくは1から30個までの炭素原子を有する1級アルキル、3から60個までの、好ましくは3から50個までの、より好ましくは3から40個までの、最も好ましくは3から30個までの炭素原子を有する2級アルキル、および、4から60個までの、好ましくは4から50個までの、より好ましくは4から40個までの、最も好ましくは4から30個までの炭素原子を有する3級アルキルからなる群から選択されてもよく(ここで、1個または2個以上のHが、任意に、Fにより置き換わられていてもよい);
− RSは、各出現において独立して、アリールおよびヘテロアリール(各々が、任意にフッ素化、アルキル化またはアルコキシ化されていてもよく、そして4から30個までの環原子を有していてもよい)からなる群から選択されてもよく;
− RSは、各出現において、同じであるか、または異なっており、アリールおよびヘテロアリール(各々が、任意にフッ素化またはアルキル化され、そして4から30個までの環原子を有していてもよい)からなる群から選択され、
− RSは、各出現において、同じであるか、または異なっており、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から40個までの、最も好ましくは1から30個までの炭素原子を有する1級アルコキシまたはスルファニルアルキル、3から60個までの、好ましくは3から50個までの、より好ましくは3から40個までの、最も好ましくは3から30個までの炭素原子を有する2級アルコキシまたはスルファニルアルキル、および、4から60個までの、好ましくは4から50個までの、より好ましくは4から40個までの、最も好ましくは4から30個までの炭素原子を有する3級アルコキシまたはスルファニルアルキルからなる群から選択され(これら全ての基において、1個または2個以上のH原子は、任意にFにより置き換わられていてもよい);
− RSは、各出現において、同じであるか、または異なっており、1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から40個までの、最も好ましくは1から30個までの炭素原子を有する1級アルコキシまたはスルファニルアルキル、3から60個までの、好ましくは3から50個までの、より好ましくは3から40個までの、最も好ましくは3から30個までの炭素原子を有する2級アルコキシまたはスルファニルアルキル、および、4から60個までの、好ましくは4から50個までの、より好ましくは4から40個までの、最も好ましくは4から30個までの炭素原子を有する3級アルコキシまたはスルファニルアルキルからなる群から選択され(これら全ての基において、1個または2個以上のH原子は、任意にFにより置き換わられていてもよい);
− RSは、各出現において、同じであるか、または異なっており、アリールオキシおよびヘテロアリールオキシ(各々は、任意にアルキル化またはアルコキシ化されていてもよく、4〜30個の環原子を有していてもよい)かならる群から選択され、
− RSは、各出現において、同じであるか、または異なっており、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニルおよびアルキルカルボニルオキシ(これら全ては、直鎖または分枝であり、かつ任意にフッ素化されていてもよく、かつ1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から40個までの、最も好ましくは1から30個までのC原子を有する)からなる群から選択され、
− RSは、各出現において、同じであるか、または異なっており、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニルおよびアルキルカルボニルオキシ(これら全ては、直鎖または分枝であり、かつ任意にフッ素化されていてもよく、かつ1から60個までの、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から40個までの、最も好ましくは1から30個までのC原子を有する)からなる群から選択され、
− RSは、各出現において、同じであるか、または異なっており、F、Cl、Br、I、CN、Rg、−C(O)−Rg、−C(O)−O−Rg、または−O−C(O)−Rg、−SO2−Rg、−SO3−Rgを示し、式中Rgは、1〜60個の、好ましくは1から50個までの、より好ましくは1から40個までの、最も好ましくは1から30個までのC原子を有する、直鎖、分枝または環状のアルキルであり、該アルキルにおいて、1個または2個以上の非隣接のC原子は、任意に、−O−、−S−、−C(O)−、−C(O)−O−、−O−C(O)−、−O−C(O)−O−、−SO2−、−SO3−、−CR0=CR00−または−C≡C−により置き換わられていてもよく、該アルキルにおいて、1個または2個以上のH原子は、任意に、F、Cl、Br、IまたはCNにより置き換わられていてもよく、または、Rgは、非置換であるか、または、1個または2個以上のハロゲン原子または1個または2個以上の上で定義されたとおりの基R1で置換されている、4〜30個の環原子を有するアリールまたはヘテロアリールであり、
− R0およびR00は、HまたはC1〜C60−アルキルから、好ましくはHまたはC1〜C50−アルキルから、より好ましくはHまたはC1〜C40−アルキルから、さらに好ましくはHまたはC1〜C30−アルキルから、さらにより好ましくはHまたはC1〜C20−アルキルから、最も好ましくはHまたはC1〜C10−アルキルから、選択され、
− ReおよびRfは、互いに独立して、H、ハロゲン、−CH2Cl、−CHO、−CH=CH2、−SiR’R’’R’’’、−SnR’R’’R’’’、−BR’R’’、−B(OR’)(OR’’)、−B(OH)2、C1〜C60−アルキル、C1〜C60−アルコキシ、C2〜C60−アルケニル、C1〜C60−フルオロアルキルおよび任意に置換されていてもよいアリールまたはヘテロアリール、好ましくはフェニル、から選択され、
− RcおよびRdは、互いに独立して、Cl、Br、I、O−トシラート、O−トリフラート、O−メシラート、O−ノナフラート、−SiMe2F、−SiMeF2、−O−SO2Z1、−B(OZ2)2、−CZ3=C(Z4)2、−C≡CH、C≡CSi(Z1)3、−ZnX0および−Sn(Z4)3(式中、X0はハロゲンであり、Z1、Z2、Z3およびZ4は、アルキルおよびアリール(各々は、任意に置換されており、2つの基Z2はまた、環基も形成していてもよい)からなる群から選択される)からなる群から選択される。
本発明の化合物は、当業者に知られており、かつ文献に記載されている方法に従って、または該方法に類似して、合成され得る。調製の他の方法は、例から与えられ得る。例えば、ポリマーは、Yamamotoカップリング、Suzukiカップリング、Stilleカップリング、Sonogashiraカップリング、HeckカップリングまたはBuchwaldカップリング等のアリール−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。Suzukiカップリング、StilleカップリングおよびYamamotoカップリングが、特に好ましい。ポリマーの反復単位を形成するために重合されるモノマーは、当業者に知られている方法に従って調製され得る。
よって、本ポリマーを調製するための方法は、モノマーをカップリングするステップを含み、該モノマーには該縮合環部分を含むモノマーが含まれ、該モノマーは、Cl、Br、I、O−トシラート、O−トリフラート、O−メシラート、O−ノナフラート、−SiMe2F、−SiMeF2、−O−SO2Z1、−B(OZ2)2、−CZ3=C(Z3)2、−C≡CH、−C≡CSi(Z1)3、−ZnX0および−Sn(Z4)3(式中、X0はハロゲンであり、Z1、Z2、Z3およびZ4は、互いに独立して、アルキルおよびアリール(各々は任意に置換されていてもよい)からなる群から選択され、2つの基Z2はまた、一緒に環基も形成してもよい)からなる群から選択される、少なくとも1個または2個の官能性単価基を含む。
好ましくは、ポリマーは、以上以下に記載の一般式(II−b)またはそれらの好ましい従属式で表されるモノマーから調製される。
本発明の他の側面は、1個または2個以上の、同じであるか、または異なる、該縮合環部分を含むモノマー単位または一般式(II−a)で表されるモノマーを、重合反応(好ましくはアリール−アリール、アリール−アルケニルまたはアリール−アルキニルカップリング反応)において、互いに、および/または、1種または2種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。
好適であり、好ましいコモノマーは、以下の式から選択されてよく、
Rc−(Ara)m2−Ard−(Arb)m4−Rd (VII−1)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
Rc−Ard−Rd (VII−3)
式中、Ara、Arb、Ard、m2、m4、RcおよびRdは、本明細書中で定義されたとおりである。
Rc−(Ara)m2−Ard−(Arb)m4−Rd (VII−1)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
Rc−Ard−Rd (VII−3)
式中、Ara、Arb、Ard、m2、m4、RcおよびRdは、本明細書中で定義されたとおりである。
極めて好ましくは、アリール−アリールカップリング反応において、式(III−a−1)〜(III−a−2)から選択される1種または2種以上のモノマーを、式(VII−1)の1種または2種以上のモノマーと、任意に式(VII−2)および式(VII−3)から選択される1種または2種以上のモノマーと、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る(式中、好ましくは、RcおよびRdは、Cl、Br、I、−B(OZ2)2および−Sn(Z4)3から選択される)。
例えば、本発明の好ましい態様は、以下に関し、
a)アリール−アリールカップリング反応において、式(VII−1)
Rc−Ara−Ua−Arb−Rd
で表されるモノマーを、
式(VII−2)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
で表されるモノマーと、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;または
a)アリール−アリールカップリング反応において、式(VII−1)
Rc−Ara−Ua−Arb−Rd
で表されるモノマーを、
式(VII−2)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
で表されるモノマーと、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;または
b)アリール−アリールカップリング反応において、式
Rc−Ua−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−1)
Rc−Ara−Ard−Arb−Rd (VII−1)
で表される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;または
Rc−Ua−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−1)
Rc−Ara−Ard−Arb−Rd (VII−1)
で表される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;または
c)アリール−アリールカップリング反応において、式
Rc−Ua−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−3)
Rc−Ard−Rd (VII−3)
で表される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;または
Rc−Ua−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−3)
Rc−Ard−Rd (VII−3)
で表される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;または
d)アリール−アリールカップリング反応において、式
Rc−Ua−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−3)
Rc−Ard−Rd (VII−3)
で表されるモノマーおよび式(VII−2)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
で表される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;または
Rc−Ua−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−3)
Rc−Ard−Rd (VII−3)
で表されるモノマーおよび式(VII−2)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
で表される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;または
e)アリール−アリールカップリング反応において、式
Rc−Ua−Ara−Ub−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−2)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
で表される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;または
Rc−Ua−Ara−Ub−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−2)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
で表される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;または
f)アリール−アリールカップリング反応において、式
Rc−Ua−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−2)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
で表されるモノマーおよび式(VII−3)
Rc−Ard−Rd (VII−3)
で表される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、
Rc−Ua−Rd
で表されるモノマーを、式(VII−2)
Rc−Ara−Rd (VII−2)
で表されるモノマーおよび式(VII−3)
Rc−Ard−Rd (VII−3)
で表される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、
式中、Ara、Arb、Ard、Ua、Ub、RcおよびRdは、本明細書中に定義されたとおりであり、RcおよびRdは、好ましくは、式(II−a)および(II−b)に関して定義されたようなCl、Br、I、−B(OZ2)2および−Sn(Z4)3から選択される。
以上以下に記載の方法において使用される、好ましいアリール−アリールカップリングおよび重合の方法は、Yamamotoカップリング、Kumadaカップリング、Negishiカップリング、Suzukiカップリング、Stilleカップリング、Sonogashiraカップリング、Heckカップリング、C−H活性化カップリング、UllmannカップリングまたはBuchwaldカップリングである。特に好ましいのは、Suzukiカップリング、Negishiカップリング、StilleカップリングおよびYamamotoカップリングである。Suzukiカップリングは、例えばWO 00/53656 A1等に記載されている。Negishiカップリングは、例えばJ. Chem. Soc., Chem. Commun., 1977, 683-684等に記載されている。Yamamotoカップリングは、例えばT. Yamamoto et al., Prog. Polym. Sci., 1993, 17, 1153-1205またはWO 2004/022626 A1等に記載されており、Stilleカップリングは、例えばZ. Bao et al., J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 12426-12435等に記載されている。例えば、Yamamotoカップリングを使用するとき、2つの反応性ハロゲン化物基を有するモノマーが好ましくは使用される。Suzukiカップリングを使用するとき、2つの反応性ホウ酸またはホウ酸エステル基または2つの反応性ハロゲン化物基を有する、式(IV−b)で表される化合物が、好ましくは使用される。Stilleカップリングを使用するとき、2つの反応性スタンナン基または2つの反応性ハロゲン化物基を有するモノマーが、好ましくは使用される。Negishiカップリングを使用するとき、2つの反応性有機亜鉛基または2つの反応性ハロゲン化物基を有するモノマーが、好ましくは使用される。
好ましい触媒、特にSuzuki、NegishiまたはStilleカップリング用のは、Pd(0)錯体またはPd(II)塩から選択される。好ましいPd(0)錯体は、少なくとも1種のホスフィンリガンド、例えばPd(Ph3P)4等を持つものである。他の好ましいホスフィンリガンドは、トリス(ortho−トリル)ホスフィン、例えばPd(o−Tol3P)4等である。好ましいPd(II)塩は、酢酸パラジウム、例えばPd(OAc)2等を含む。代わりに、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)等またはPd(II)塩、例えば酢酸パラジウム等を、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(ortho−トリル)ホスフィンまたはトリ(tert−ブチル)ホスフィン等と、混合することによって調製され得る。Suzuki重合は、例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化リチウム、リン酸カリウム等の塩基、または、例えば炭酸テトラエチルアンモニウムまたは水酸化テトラエチルアンモニウム等の有機塩基、の存在下で実行される。Yamamoto重合は、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)等を採用する。
SuzukiおよびStille重合は、統計、交互およびブロックランダムコポリマーと同様、ホモポリマーを調製するために使用されてもよい。統計またはブロックコポリマーは、例えば式(VI)またはその従属式(式中、反応基の1つは、ハロゲンであり、他の反応基は、ボロン酸、ボロン酸誘導体基、または および、アルキルスタンナンである)で表される上のモノマー等から調製され得る。統計、交互およびブロックコポリマーの合成は、例えばWO 03/048225 A2またはWO 2005/014688 A2等に詳細に記載されている。
上に記載のようにハロゲンの代わりとして、式−O−SO2Z1(式中Z1は、上で記載されたとおりである)で表される脱離基が使用され得る。かかる脱離基の特定例は、トシラート、メシラートおよびトリフラートである。
ブレンド、配合物およびデバイス
本発明の化合物およびポリマーはまた、例えば、小分子またはモノマー化合物と一緒に、または、電荷輸送の、半電導性の、電気伝導性の、光伝導性の、および/または発光の半電導性の特性を有する他のポリマーと一緒に、例えば、OLEDデバイスにおける中間層または電荷ブロッキング層としての使用のための、正孔ブロッキングまたは電子ブロッキングの特性を有するポリマーと一緒に、混合物またはポリマーブレンドにおいても使用され得る。よって、本発明の他の側面は、1種または2種以上の本発明のポリマーおよび1種または2種以上の上述した特性を有する1種または2種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、かつ当業者に知られている従来の方法によって調製され得る。典型的には、ポリマーは、互いに混合されるか、または、好適な溶媒および組み合わされた溶液に溶解される。
本発明の化合物およびポリマーはまた、例えば、小分子またはモノマー化合物と一緒に、または、電荷輸送の、半電導性の、電気伝導性の、光伝導性の、および/または発光の半電導性の特性を有する他のポリマーと一緒に、例えば、OLEDデバイスにおける中間層または電荷ブロッキング層としての使用のための、正孔ブロッキングまたは電子ブロッキングの特性を有するポリマーと一緒に、混合物またはポリマーブレンドにおいても使用され得る。よって、本発明の他の側面は、1種または2種以上の本発明のポリマーおよび1種または2種以上の上述した特性を有する1種または2種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、かつ当業者に知られている従来の方法によって調製され得る。典型的には、ポリマーは、互いに混合されるか、または、好適な溶媒および組み合わされた溶液に溶解される。
本発明の他の側面は、以上以下に記載されたとおりの、1種または2種以上の小分子、ポリマー、混合物またはポリマーブレンドと、1種または2種以上の有機溶媒とを含む配合物に関する。
好ましい溶媒は、脂肪族炭化水素、塩素化炭化水素、芳香族炭化水素、ケトン、エーテルおよびそれらの混合物である。使用され得る追加の溶媒は、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、N,N−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−キシレンまたはo−、m−およびp−異性体の混合物を含む。相対的に低極性の溶媒が一般に好ましい。インクジェット印刷には、高沸点を有する溶媒および溶媒混合物が好ましい。スピンコーティングには、キシレンおよびトルエンなどのアルキル化ベンゼンが好ましい。
特に好ましい溶媒の例は、限定せずに、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、N,N−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、および/または、それらの混合物を含む。
溶液中の化合物またはポリマーの濃度は、好ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.5〜5重量%であり、ここで重量%は、溶液の総重量に対して与えられる。任意に、溶液はまた、例えばWO 2005/055248 A1等に記載されるとおり、レオロジー特性を調整するため、1種または2種以上のバインダーも含む。
溶液は、適切な混合および熟成(ageing)の後、以下のカテゴリ:完全溶解、境界線上の溶解(borderline solution)または不溶性の1つとして評価される。等高線は、溶解パラメータ−可溶性と不溶性とを分ける水素結合の限界−の輪郭を描くために引かれる。可溶性領域の範囲内である「完全な」溶媒は、例えばJ.D. Crowley et al., Journal of Paint Technology, 1966, 38 (496), 296等に公開される文献の数値から選ばれ得る。溶媒ブレンドもまた使用されてもよく、Solvents, W.H. Ellis, Federation of Societies for Coatings Technology, p. 9-10, 1986に記載されるように同定され得る。ブレンド中少なくとも1種の真溶媒を有することが望ましいが、かかる手順は、本発明のポリマーの両方を溶解するであろう「非」溶媒のブレンドをもたらし得る。
本発明の化合物およびポリマーはまた、以上以下に記載されるようなデバイスにおけるパターン化OSC層にも使用され得る。最新のマイクロエレクトロニクスへの適用には、コスト(より多くのデバイス/単位領域)および消費電力を低減するために、小さい構造体またはパターンを生成することが一般に望ましい。本発明のポリマーを含む薄層のパターニングは、例えばフォトリソグラフィ、電子線リソグラフィまたはレーザパターニング等によって行われ得る。
電子または電気光学デバイスにおける薄層としての使用において、本発明の化合物、ポリマー、ポリマーブレンドまたは配合物は、いかなる好適な方法によっても、沈着され得る。デバイスの液体コーティングは、真空蒸着(vacuum deposition)技術より望ましい。溶液堆積(solution deposition)法は特に好ましい。本発明の配合物は、多くの液体コーティング技術の使用を可能にする。好ましい被着技術は、限定せずに、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、凸版印刷、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、ローラー捺染、リバース−ローラー捺染、オフセットリソグラフィ印刷、ドライオフセットリソグラフィ印刷、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、刷毛塗り、スロットダイコーティングまたはパッド印刷を含む。
インクジェット印刷は、高分解能の層およびデバイスの調製が必要なときに、特に好ましい。本発明の選択された配合物は、インクジェット印刷または微小分注(microdispensing)によって、既製のデバイス基板に適用されてもよい。好ましい産業用の圧電性の印刷ヘッド、例えば、これらに限定されないが、Aprion、Hitachi-Koki、InkJet Technology、On Target Technology、Picojet、Spectra、Trident、Xaar等によって供給されるもの等、は、有機半導体層を基板に適用するために使用されてもよい。加えて、準産業用のヘッド、例えばBrother, Epson, Konica, Seiko Instruments Toshiba TEC等によって作製されるもの、または、単一ノズル微小分注器(single nozzle microdispenser)、例えばMicrodropおよびMicrofab等によって製造されるもの、も使用されてもよい。
インクジェット印刷または微小分注によって適用されるために、化合物またはポリマーは、最初に、好適な溶媒中に溶解されるべきである。溶媒は、上述した要件を満たさなければならず、選ばれた印刷ヘッドに対していかなる有害な影響を及ぼしてはならない。加えて、溶媒は、印刷ヘッド内部での溶液乾燥によって引き起こされる操作性の問題を防止するため、>100℃、好ましくは>140℃、より好ましくは>150℃の沸点を有するべきである。上述の溶媒は別として、好適な溶媒は、置換および非置換のキシレン誘導体、ジ−C1〜2−アルキルホルムアミド、置換および非置換のアニソールおよび他のフェノール-エーテル誘導体、置換ヘテロ環、例えば置換されたピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピロリジノン等、置換および非置換のN,N−ジ−C1〜2−アルキルアニリンおよび他のフッ素化または塩素化の芳香族を含む。
本発明の化合物またはポリマーをインクジェット印刷によって被着するのに好ましい溶媒は、1個または2個以上の置換基(ここで、1個または2個以上の置換基の中の炭素原子の総数が少なくとも3個である)で置換されたベンゼン環を有するベンゼン誘導体を含む。例えば、ベンゼン誘導体は、プロピル基または3個のメチル基で置換されてもよく、いずれのケースにおいても、合計で少なくとも3個の炭素原子が存在する。かかる溶媒は、インクジェット液が化合物またはポリマーとともに溶媒を含むよう形成されることを可能にすることで、スプレー中のジェットの目詰まりおよび部品の離脱が低減または防止される。溶媒(単数または複数)は、以下の例のリスト: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、イソズレン、テルピノレン、シメン、ジエチルベンゼンから選択されるものを含んでもよい。溶媒は、2種または3種以上の溶媒の組み合わせである溶媒混合物であってもよく、各溶媒は、好ましくは>100℃、より好ましくは>140℃の沸点を有する。かかる溶媒(単数または複数)はまた、被着された層における膜形成も促進し、層における欠陥も低減させる。
インクジェット液(溶媒、バインダーおよび半電導性の化合物の混合物である)は、好ましくは、20℃での粘度が、1〜100mPa・s、より好ましくは1〜50mPa・s、最もの好ましくは1〜30mPa・sである。
本発明のポリマーブレンドおよび配合物は、加えて、例えば界面活性化合物、潤滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水化剤、接着剤、流動性向上剤、消泡剤、脱気装置、反応性が高くても反応性がなくてもよい希釈剤、助剤、着色料、染料または顔料、増感剤、安定剤、ナノ粒子、または、阻害剤等から選択される、1種または2種以上のさらなる部品または添加物を含み得る。
本発明の化合物およびポリマーは、光学の、電気光学の、電子の、エレクトロルミネセンスの、または光ルミネセンスの部品またはデバイスにおける、電荷輸送の、半電導性の、電気伝導性の、光伝導性の、または発光の材料として、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、典型的には、薄層または膜として適用される。
よって、本発明はまた、電子デバイスにおける、半電導性の化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、配合物または層の使用も提供する。配合物は、様々なデバイスおよび装置において、高移動度の半電導性の材料として使用されてもよい。配合物は、例えば、半電導性の層または膜の形態で使用されてもよい。したがって、他の側面において、本発明は、電子デバイスにおける使用のための半電導性の層を提供し、該層は、本発明の化合物、ポリマーブレンドまたは配合物を含む。層または膜は、約30ミクロン未満であってもよい。様々な電子デバイス適用において、厚さは、約1ミクロン厚未満であってもよい。層は、例えば電子デバイスの一部等の上に、前述の溶液コーティングまたは印刷技術のいずれかによって、被着されてもよい。
本発明は、加えて、本発明の化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、配合物または有機半電導性の層を含む電子デバイスを提供する。好ましいデバイスは、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、有機メモリデバイス、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、帯電防止膜、伝導性基板および伝導性のパターンである。特に好ましいデバイスはOLEDである。
特に好ましい電子デバイスは、OFET、OLED、OPVおよびOPDデバイス、特にバルクヘテロ接合(BHJ)OPV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活性半導体チャネルは、本発明の層を含んでもよい。他の例として、OLEDデバイスにおいて、電荷(正孔または電子)注入または輸送層は、本発明の層を含んでもよい。
OPVまたはOPDデバイスにおける使用において、本発明のポリマーは、p型(電子ドナー)半導体およびn型(電子アクセプタ)半導体を、含むかまたは含有する、より好ましくは実質的にそれらからなる、極めて好ましくはそれらのみからなる配合物において、好ましくは使用される。n型半導体は、本発明のポリマーによって構成される。
好ましくは、本発明のポリマーは、p型半導体とブレンドされることで、OPVまたはOPDデバイスにおける活性層を形成する。デバイスは、好ましくは、活性層の片面の透明基板上または半透明基板上に第1の透明電極または半透明電極を、および、活性層のもう片面に第2の金属電極または半透明電極を、さらに含む。さらに好ましくは、OPVまたはOPDデバイスは、活性層と第1または第2の電極との間に、例えば金属酸化物(例えばZTO、MoOx、NiOxなど)、共役したポリマー電解物(例えばPEDOT:PSSなど)、共役したポリマー(例えばポリトリアリールアミン(PTAA)など)、有機化合物(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’−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)など)等の材料を含む正孔輸送層および/または電子ブロッキング層として、または代わりに、例えば金属酸化物(例えばZnOx、TiOxなど)、塩(例えばLiF、NaF、CsFなど)、共役したポリマー電解物(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]またはポリ[(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)]など)または有機化合物(例えばトリス(8−キノリノラト)−アルミニウム(III)(Alq3)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリンなど)等の材料を含む正孔ブロッキング層および/または電子輸送層として働く、1種または2種以上の追加の緩衝層を含む。
BHJ OPVデバイスにおける薄層を製造するために、本発明の化合物、ポリマー、ポリマーブレンドまたは配合物は、いかなる好適な方法によって、被着されてもよい。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。溶液堆積方法は特に好ましい。本発明の配合物は、多くの液体コーティング技術の使用を可能にする。好ましい被着技術は、限定せずに、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、凸版印刷、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、ローラー捺染、リバース−ローラー捺染、オフセットリソグラフィ印刷、ドライオフセットリソグラフィ印刷、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、刷毛塗り、スロットダイコーティングまたはパッド印刷を含む。OPVデバイスおよびモジュールの製作において、可撓性の基板に適合する領域印刷法が好ましく、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である。
配合物の調製において、好適な溶媒は、p型およびn型の両部品の完全な溶解を確保するよう選択されなければならず、選ばれた印刷法によって導入される境界条件(例えばレオロジー特性)を考慮しなければならない。
有機溶媒は、一般に、この目的において使用される。典型的な溶媒は、塩素化芳香族溶媒を含む、芳香族溶媒、ハロゲン化溶媒または塩素化溶媒であり得る。例として、これらに限定されないが、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、メシチレンおよびこれらの組み合わせを含む。
p型(電子ドナー)半導体およびn型(電子アクセプタ)半導体を含むかまたは含有する、より好ましくは実質的にこれらからなる、極めて好ましくはこれらのみからなる、OPVまたはOPDデバイスにおける使用のために、n型半導体は、本発明のポリマーから構成される。該OPVまたはOPDデバイスにおけるp型半導体は、有機または無機の材料であり得る。該OPVまたはOPDデバイスにおいて使用されるp型有機半導体材料は、小分子またはオリゴマーのいずれか、例えば銅フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、ペンタセン、セクシチオフェンおよびいずれの他のp型小分子またはオリゴマー半導体(例えばMishra, A. and Bauerle, P. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2020-2067; Huang, Q. L. and Li, H. X. Chinese Science Bulletin 2013, 58, 2677-2686; Sun, Y., et al. Nat Mater. 2011, 11, 44-8; Kyaw, A. K. K., et al. Adv. Mater. 2013, 25, 2397-2402等を参照)、および、ポリマー半導体、例えばポリ(3−ヘキシル)チオフェンおよび任意の他の好適なポリマー(例えばThompson, B. C. and Frechet, J. M. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 58-77; Dennler, G., et al. Adv. Mater. 2009, 21, 1323-1338; Cheng, Y. J., et al. Chem. Rev. 2009, 109, 5868-5923; Facchetti, A. Materials Today 2013, 16, 123-132等を参照)であり得る。該OPVまたはOPDデバイスにおけるp型無機半導体材料の使用は、p型のシリコン、硫化銅(I)(Cu2S)、酸化銅(I)(Cu2O)、酸化銅(II)(CuO)、セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)および任意の他の好適な無機半導体であり得る。上に記載のOPVまたはOPDデバイスを処理するのに好適な、溶媒および配合物の手順はまた、本発明のポリマーによって構成されるn型半導体のためにも使用され得る。
OPVデバイスは、極めて好ましくは、光活性層がp型ポリマー半導体およびn型ポリマー半導体を含むOPVデバイス(例えばHalls, J. J. et al. Nature, 1995, 376, 498-500等を参照)を含み、例えば、文献(例えばWaldauf et al., Appl. Phys. Lett., 2006, 89, 233517等を参照)から知られているいずれかの型であり得る(ここで、n型ポリマー半導体は、本発明のポリマーによって構成される)。
本発明の第1の好ましいOPVデバイスは、(ボトムからトップへの順で)以下の層を含む:
− 任意に基板、
− 高い仕事関数の電極、好ましくは金属酸化物(例えばITOなど)を含み、陽極としての役割を果たすもの、
− 任意に伝導性のポリマー層または正孔輸送層、好ましくは有機ポリマーまたはポリマーブレンド、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−スルホナート)、または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)または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)を含むもの、
− 層、「活性層」とも称され、p型およびn型有機半導体を含み、例えばp型/n型の2層として、またはp型およびn型の個別の層として、またはBHJを形成するp型およびn型半導体のブレンドとして、存在し得るもの、
− 任意に、電子輸送特性を有する層、例えばLiFを含むもの等、
− 低い仕事関数の電極、好ましくは金属(例えばアルミニウムなど)を含み、陰極としての役割を果たすもの、
ここで、電極の少なくとも1つ、好ましくは陽極は、可視光に対し透明であり、
ここで、n型半導体は、本発明のポリマーである。
− 任意に基板、
− 高い仕事関数の電極、好ましくは金属酸化物(例えばITOなど)を含み、陽極としての役割を果たすもの、
− 任意に伝導性のポリマー層または正孔輸送層、好ましくは有機ポリマーまたはポリマーブレンド、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−スルホナート)、または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)または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)を含むもの、
− 層、「活性層」とも称され、p型およびn型有機半導体を含み、例えばp型/n型の2層として、またはp型およびn型の個別の層として、またはBHJを形成するp型およびn型半導体のブレンドとして、存在し得るもの、
− 任意に、電子輸送特性を有する層、例えばLiFを含むもの等、
− 低い仕事関数の電極、好ましくは金属(例えばアルミニウムなど)を含み、陰極としての役割を果たすもの、
ここで、電極の少なくとも1つ、好ましくは陽極は、可視光に対し透明であり、
ここで、n型半導体は、本発明のポリマーである。
本発明の第2の好ましいOPVデバイスは、(ボトムからトップへの順で)以下の層を含む:
− 任意に、基板、
− 高い仕事関数の金属または金属酸化物の電極、例えばITOなどを含み、陰極としての役割を果たすもの、
− 正孔ブロッキング特性を有する層、好ましくは金属酸化物(TiOxまたはZnxなど)を含むもの、
− 電極間に位置するp型およびn型の有機半導体を含む活性層、例えばp型/n型の2層として、またはp型およびn型の個別の層として、またはBHJを形成するp型およびn型の半導体のブレンドとして、存在し得るもの、
− 任意に、伝導性のポリマー層または正孔輸送層、好ましくは例えばPEDOT:PSSまたはTBDまたはNBD等の有機ポリマーまたはポリマーブレンドを含むもの、
− 陽極としての役割を果たす、高い仕事関数の金属(例えば銀など)を含む電極、
ここで、電極の少なくとも1つ、好ましくは陰極は、可視光に対し透明であり、
ここで、n型半導体は、本発明のポリマーである。
− 任意に、基板、
− 高い仕事関数の金属または金属酸化物の電極、例えばITOなどを含み、陰極としての役割を果たすもの、
− 正孔ブロッキング特性を有する層、好ましくは金属酸化物(TiOxまたはZnxなど)を含むもの、
− 電極間に位置するp型およびn型の有機半導体を含む活性層、例えばp型/n型の2層として、またはp型およびn型の個別の層として、またはBHJを形成するp型およびn型の半導体のブレンドとして、存在し得るもの、
− 任意に、伝導性のポリマー層または正孔輸送層、好ましくは例えばPEDOT:PSSまたはTBDまたはNBD等の有機ポリマーまたはポリマーブレンドを含むもの、
− 陽極としての役割を果たす、高い仕事関数の金属(例えば銀など)を含む電極、
ここで、電極の少なくとも1つ、好ましくは陰極は、可視光に対し透明であり、
ここで、n型半導体は、本発明のポリマーである。
活性層が基板上に被着されるとき、それは、相がナノスケールレベルで分離するBHJを形成する。ナノスケール相分離についての詳解は、Dennler et al, Proceedings of the IEEE, 2005, 93 (8), 1429 または Hoppe et al, Adv. Func. Mater, 2004, 14(10), 1005を参照。その際、任意に、アニーリングのステップが、ブレンドの形態を、結果としてOPVデバイスの性能を、最適化するのに必要な場合がある。
デバイス性能を最適化する他の方法は、理に適ったやり方で相分離を促進するために高沸点の添加物を含んでもよいOPV(BHJ)デバイスの製作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、クロロナフタレンおよび他の添加物は、高効率太陽電池を得るために使用されてきた。例が、J. Peet, et al, Nat. Mater., 2007, 6, 497 または Frechet et al. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 7595-7597に開示されている。
本発明の化合物、ポリマー、配合物および層はまた、半電導性チャネルとしてのOFETにおける使用にも好適である。したがって、本発明はまた、ゲート電極、絶縁(またはゲート絶縁体)層、ソース電極、ドレイン電極およびソース電極とドレイン電極とに接続する有機半電導性チャネルを含むOFETも提供し、ここで、有機半電導性チャネルは、本発明の化合物、ポリマー、ポリマーブレンド、配合物または有機半電導性層を含む。OFETの他の特長は、当業者に周知である。
OSC材料がゲート誘電体とドレインとソース電極との間に薄膜として配置されているOFETは、一般に知られており、例えばUS 5,892,244、US 5,998,804、US 6,723,394等に、そして背景のセクションにおいて引用された参考文献等に、記載されている。本発明の化合物の可溶特性、ひいては大表面に対する処理可能性を使用する低コスト製造などの利点のため、これらFETの好ましい適用は、例えば集積回路網、TFTディスプレイおよびセキュリティへの適用である。
OFETデバイスにおけるゲート電極、ソース電極およびドレイン電極、および、絶縁層および半電導性の層は、ただしソース電極およびドレイン電極が、絶縁層によってゲート電極と分離されており、ゲート電極と半導体層との両方が、絶縁層と接触し、ソース電極とドレイン電極との両方が、半電導性の層と接触しているならば、いかなる順序で配置されていてもよい。
本発明のOFETデバイスは、好ましくは以下を含む:
− ソース電極、
− ドレイン電極、
− ゲート電極、
− 半電導性の層、
− 1種または2種以上のゲート絶縁体層、および
− 任意に、基板、
ここで、半導体層は、好ましくは、以上以下で記載のポリマー、ポリマーブレンドまたは配合物を含む。
− ソース電極、
− ドレイン電極、
− ゲート電極、
− 半電導性の層、
− 1種または2種以上のゲート絶縁体層、および
− 任意に、基板、
ここで、半導体層は、好ましくは、以上以下で記載のポリマー、ポリマーブレンドまたは配合物を含む。
OFETデバイスは、トップゲートデバイスまたはボトムゲートデバイスであり得る。OFETデバイスの好適な構造体および作製方法は、当業者に知られており、例えばUS 2007/0102696 A1等の文献に記載されている。
ゲート絶縁体層は、好ましくは、例えば市販のCytop 809M(登録商標)またはCytop 107M(登録商標)(Asahi Glassから)などのフッ素化ポリマー(fluoropolymer)を含む。好ましくは、ゲート絶縁体層は、例えばスピンコーティング、ドクターブレーディング、ワイヤーバーコーティング、スプレーまたは浸漬コーティングまたは他の知られている方法等によって、絶縁体材料および1個または2個以上のフッ化原子(fluoro atom)を有する1種または2種以上の溶媒(フッ素系溶媒(fluorosolvent))、好ましくは全フッ素化溶媒(perfluorosolvent)を含む配合物から、被着される。好適な全フッ素化溶媒は、例えばFC75(登録商標)(Acrosから入手可能、カタログナンバー12380)等である。他の好適なフッ素化ポリマーおよびフッ素系溶媒は、先行技術において知られており、例えば全フッ素化ポリマーTeflon AF(登録商標) 1600または2400(DuPontから)またはFluoropel(登録商標)(Cytonixから)または全フッ素化溶媒FC 43(登録商標)(Acros, No. 12377)等である。特に好ましいのは、例えばUS 2007/0102696 A1 または US 7,095,044等に記載されているように、1.0から5.0までの、極めて好ましくは1.8から4.0までの低い絶対誘電率(または比誘電率)を有する有機誘電材料(「low k材料」)である。
セキュリティ適用において、トランジスタまたはダイオードなどの本発明の半電導性の材料を有するOFETおよび他のデバイスは、紙幣、クレジットカードまたはIDカード、国民のID文書(national ID document)、免許状などの価値のある文書(document of value)または貨幣価値を有するあらゆる製品(印紙、チケット、株、小切手など)を認証し、それらの偽造を防止するためのRFIDタグまたはセキュリティマーキングに使用され得る。
代わりに、本発明の材料は、例えばフラットパネルディスプレイ適用における活性ディスプレイ材料として、またはフラットパネルディスプレイ(例えば液晶ディスプレイ)のバックライト等として、OLEDに使用され得る。一般的なOLEDは、多層構造体を使用するものと認識されている。放出層は、一般に、1種または2種以上の電子輸送層および/または正孔輸送層の間に、はさまれる。電圧を印加することによって、電荷担体としての電子および正孔は、放出層に向かって移動し、該層において、それらの再結合が励起を、それ故、放出層に含有される発色団単位のルミネッセンスをもたらす。本発明の化合物、材料および膜は、それらの電気特性および/または光学特性に対応して、電荷輸送層の1つまたは2つ以上において、および/または、放出層において、採用されてもよい。さらに、放出層内のそれらの使用は、本発明の化合物、材料および膜が、それら自体のエレクトロルミネセンス特性を示すか、または、エレクトロルミネセンスの基または化合物を含む場合、特に利点がある。OLEDにおける使用に好適なモノマーの、オリゴマーのおよびポリマーの化合物または材料の選択、特徴付け、および、処理は、一般に、当業者に知られている。例えばMuller et al, Synth. Metals, 2000, 111-112, 31-34、Alcala, J. Appl. Phys., 2000, 88, 7124-7128およびそれらの中で引用される文献等を参照。
他の使用に従い、本発明の材料、特に光ルミネセンス特性を示すものは、EP 0 889 350 A1またはC. Weder et al., Science, 1998, 279, 835-837に記載のように、例えばディスプレイデバイス等における光源の材料として採用されてもよい。
本発明のさらなる側面は、本発明の化合物の酸化型および還元型の両方に関する。電子の喪失または獲得のいずれによっても、高伝導性を有する、高度に非局在化したイオン型の形成がもたらされる。これは、一般的なドーパントに曝された状態で生じ得る。ドーピングの好適なドーパントおよび方法は、例えばEP 0 528 662、US 5,198,153 または WO 96/21659等から当業者に知られている。
ドーピング処理は、典型的には、適用されたドーパントに由来する対応カウンターイオンとともに非局在化したイオン中心を材料中に形成するため、酸化還元反応における酸化剤または還元剤による半導体材料の処置を暗示するものである。好適なドーピング方法は、例えば、大気圧中または減圧下でドーピング蒸気にさらすこと、ドーパントを含有する溶液中で電子化学的ドーピングをすること、熱的に拡散されることによってドーパントを半導体材料に接触させるようにすること、およびドーパントから半導体材料中へ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とき、好適なドーパントは、例えば、ハロゲン(例えばI2、Cl2、Br2、ICl、ICl3、IBrおよびIF等)、ルイス酸(例えばPF5、AsF5、SbF5、BF3、BCl3、SbCl5、BBr3およびSO3等)、プロトン酸、有機酸またはアミノ酸(例えばHF、HCl、HNO3、H2SO4、HClO4、FSO3HおよびClSO3H等)、遷移金属化合物(例えばFeCl3、FeOCl、Fe(ClO4)3、Fe(4−CH3C6H4SO3)3、TiCl4、ZrCl4、HfCl4、NbF5、NbCl5、TaCl5、MoF5、MoCl5、WF5、WCl6、UF6およびLnCl3等(ここでLnはランタノイドである))、陰イオン(例えばCl−、Br−、I−、I3 −、HSO4 −、SO4 2−、NO3 −、ClO4 −、BF4 −、PF6 −、AsF6 −、SbF6 −、FeCl4 −、Fe(CN)6 3−等および様々なスルホン酸(例えばアリール−SO3 −等)の陰イオン)などである。正孔が担体として使用されるとき、ドーパントの例は、陽イオン(例えばH+、Li+、Na+、K+、Rb+およびCs+等)、アルカリ金属(例えばLi、Na、K、RbおよびCs等)、アルカリ土類金属(例えばCa、SrおよびBa等)、O2、XeOF4、(NO2 +)(SbF6 −)、(NO2 +)(SbCl6 −)、(NO2 +)(BF4 −)、AgClO4、H2IrCl6、La(NO3)3・6H2O、FSO2OOSO2F、ユーロピウムアセチルコリン、R4N+(Rはアルキル基である)、R4P+(Rはアルキル基である)、R6As+(Rはアルキル基である)およびR3S+(Rはアルキル基である)などである。
本発明の化合物の伝導形態は、これらに限定されないが、OLED適用における電荷注入層およびITO平坦化層、フラットパネルディスプレイ用およびタッチスクリーン用の膜、帯電防止膜、電子的適用における印刷された伝導性の基板、パターンまたは路(例えば印刷回路板およびコンデンサ等)を含む適用において、有機「金属」として使用され得る。
本発明の化合物および配合物はまた、例えばKoller et al., Nat. Photonics, 2008, 2, 684等に記載のように、有機プラズモン放出ダイオード(organic plasmon-emitting diode)(OPED)における使用にも好適である。
他の使用に従って、本発明の材料は、LCDまたはOLEDデバイスにおける配向層中または配向層として、単独で、または他の材料と一緒に、使用され得る。本発明の電荷輸送の化合物の使用は、配向層の電気伝導率を向上させ得る。LCDに使用されるとき、この向上した電気伝導率は、切替可能なLCD電池において余剰dcの悪影響を低減し得、かつ焼き付きを抑制し得るか、または、例えば強誘電性LCD等において、強誘電性LCの自発分極電荷の切替によって産生される余剰電荷を低減し得る。配向層上へ提供される発光材料を含むOLEDデバイスにおいて使用されるとき、この向上した電気伝導率は、発光材料のエレクトロルミネセンスを促進させ得る。中間相形成特性または液晶特性を有する本発明の化合物または材料は、上に記載の延伸異方性膜を形成し得、それは、該異方性膜上へ提供される液晶媒体中の配向を誘導または促進するための配向層として特に有用である。本発明の材料はまた、US 2003/0021913 A1に記載のように、光配向層における使用または光配向層としての使用のための、光異性体化し得る(photoisomerisable)化合物および/または発色団とも組み合わせてもよい。
他の使用に従い、本発明の材料、特にそれらの水溶性誘導体(例えば極性基またはイオン側基等)またはイオンでドープされた形態は、DNA配列を検出または判別するための化学センサまたは材料として採用され得る。かかる使用は、例えばL. Chen, D. W. McBranch, H. Wang, R. Helgeson, F. Wudl and D. G. Whitten, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 1999, 96, 12287; D. Wang, X. Gong, P. S. Heeger, F. Rininsland, G. C. Bazan and A. J. Heeger, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2002, 99, 49; N. DiCesare, M. R. Pinot, K. S. Schanze and J. R. Lakowicz, Langmuir, 2002, 18, 7785; D. T. McQuade, A. E. Pullen, T. M. Swager, Chem. Rev., 2000, 100, 2537等に記載されている。
文脈上明示的に示されない限り、本明細書中で使用される用語の複数形は、本明細書中、単数形を含むものとして解釈され、逆もまた同様である。
本明細書の記載およびクレーム全体から、単語「含む(comprise)」および「含有する(contain)」および該単語のバリエーション、例えば「含んでいる(comprising)」および「含む(comprises)」等は、「(これらに)限定されないが(これらを)含む」ことを意味し、他の成分を排除することを意図しない(排除しない)。
本発明の上述の態様のバリエーションが、本発明の範囲内に依然として収まりつつ、なされ得る。本明細書に開示される各特長は、特に明記しない限り、同じ、等価の、または類似の目的を果たす代わりの特長によって置き換われてもよい。よって、特に明記しない限り、開示される各特長は、包括的な一連の等価または類似の特長の一例に過ぎない。
本明細書に開示される特長の全ては、かかる特長および/またはステップの少なくともいくつかが互いに排他的である組み合わせを除き、あらゆる組み合わせで組み合わせてもよい。とりわけ、本発明の好ましい特長は、本発明の全ての側面に適用可能であり、あらゆる組み合わせでも使用されてもよい。同様に、必須ではない組み合わせにおいて記載された特長は、別個に(組み合わせないで)使用されてもよい。
以上以下、特に明記しない限り、パーセンテージは、重量パーセントであり、温度は、セルシウス度で与えられる。比誘電率εの値(「絶対誘電率」)は、20℃、1,000Hzで取られた値を指す。
本発明は、これから、それらの具体的で代表的な態様について詳細に記載されるであろう。これらの例が一例に過ぎないことが意図され、本発明が、ここで列挙される材料、条件または処理パラメータに限定されることが意図されないことが理解されるであろう。
例示態様
使用されてもよい本発明の方法ならびに反応物およびさらなる処理の例示態様を以下に記載する。
例示ポリマーPIBDFT−24、PIBDFBT−24、PIBDFV−24、PIBDFV−26、PIBDFV−40およびPIBDFBT−40の合成を、スキーム1、スキーム2およびスキーム3に要約する。
使用されてもよい本発明の方法ならびに反応物およびさらなる処理の例示態様を以下に記載する。
例示ポリマーPIBDFT−24、PIBDFBT−24、PIBDFV−24、PIBDFV−26、PIBDFV−40およびPIBDFBT−40の合成を、スキーム1、スキーム2およびスキーム3に要約する。
スキーム1.IBDFをベースとしたポリマーPIBDFT−24およびPIBDFBT−24の合成経路:i)K2CO3/DMF/70℃;ii)p−TsOH/酢酸/115℃;iii)Pd2(dba)3/P(o−トリル)3/クロロベンゼン/130℃。
スキーム2.PIBDFV−26の合成経路:i)NaOEt/EtOH/還流;ii) a)KOH/EtOH/還流、b)HCl(aq.)およびc)180℃;iii)LiAlH4/エーテル/還流;iv)Br2/PPh3/ピリジン/CH2Cl2/r.t.;v)K2CO3/DMF/70℃;vi)p−TsOH/酢酸/115℃;vii)Pd2(dba)3/P(o−トリル)3/クロロベンゼン/130℃。
スキーム3.PIBDFV−40およびPIBDFBT−40の合成経路:i)Mg/THF、還流;ii)a)r.t.〜還流、b)HCl(aq.);iii)CHCl3/60℃;iv)THF/還流;v)a)NaBH4/BF3/ジエチレングリコールジメチルエーテル/40℃、b)NaOH/H2O2/40℃;vi)I2/PPh3/イミダゾール/CH2Cl2/0℃〜r.t.;vii)K2CO3/DMF/70℃;viii)p−TsOH/酢酸/115℃;ix)Pd2(dba)3/P(o−トリル)3/クロロベンゼン/130℃。
例
例1
6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)インドリン−2,3−ジオンの合成
例1
6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)インドリン−2,3−ジオンの合成
50cm3の二口丸底フラスコ中の6−ブロモインドリン−2,3−ジオン(1.5g、6.64mmol)、K2CO3(3.6g、26.05mmol)および無水DMF(18cm3)へ、11−(ブロモメチル)トリコサン(4.16g、9.95mmol)を加えた。反応混合物を、アルゴン下70℃で20時間撹拌しながら加熱した。その後、溶媒を減圧下で蒸発させ、50cm3の脱イオン(DI)水を加えた。混合物をジクロロメタンで抽出し(3×50cm3)、合わせた有機相をNa2SO4上で乾燥し、濾過して、減圧下で濃縮した。残渣を、溶出液としてジクロロメタン:ヘキサン(2:1、v:v)を用いるシリカゲル上のカラムクロマトグラフィに通して精製することで、オレンジ液体として2.46g(66%)の6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)インドリン−2,3−ジオンが得られた。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 7.46 (d, J = 6.0 Hz, 1H), 7.26 (d, J = 6.0 Hz, 1H), 7.01 (s, 1H), 3.56 (d, J= 6.0 Hz, 2H), 1.81 (br, 1H), 1.15-1.40 (m, 40H), 0.84-0.89 (m, 6H).
例2
(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−24)の合成
ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオンを、J. H. Wood, C.S. Colburn, L. Cox and H.C. Garland, J. Am. Chem. Soc., 1944, 66, 1540に記載された類似の手順を使用して合成した。
(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−24)の合成
ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(0.285g、1.50mmol)、6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)インドリン−2,3−ジオン(3.00mmol)およびp−トルエンスルホン酸(p−TsOH)(0.08g、0.42mmol)を、アルゴン下115℃で17時間、酢酸(15cm3)中で撹拌した。その後、反応混合物を室温まで冷却して、濾過した。固体を酢酸(7cm3)およびメタノール(5cm3)で洗浄し、真空下で乾燥した。その後、固体を、溶出液としてジクロロメタン:ヘキサン(1:1、v:v)を用いるシリカゲル上のカラムクロマトグラフィに通して精製することで、濃い紫色の固体(1.6g)が得られた。固体をイソプロパノールから再結晶化することで、標的生成物が得られた。収量:1.33g(69.0%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 9.06 (s, 2H), 8.91 (d, J = 6.0 Hz, 2H), 7.18 (d, J = 6.0 Hz, 2H), 6.88 (s, 2H), 3.61 (d, J= 6.0 Hz, 4H), 1.87 (m, 2H), 1.14-1.45 (m, 80H), 0.82-0.88 (m, 12H). UV−Vis(クロロホルムにおいて):449(max)、427(ショルダー(shoulder))および584nm。UV−Vis(固体状態において):426(max)、625および673nm。実測:C、69.5;H、8.4;N、2.2。C74H106Br2N2O6との予測:C、8.9;H、7.9;N、2.2.
例3
PIBDFT−24の合成
PIBDFT−24の合成
100cm3の二口丸底フラスコへ、(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−24)(0.29g、0.227mmol)、2,5−ビス(トリメチルスタンニル)チオフェン(0.093g、0.22mmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(0.006g、0.01816mmol)を加えた。容器を排気してアルゴンで満たすことを3回行った。無水クロロベンゼン(9cm3)を加え、1cm3のクロロベンゼン中トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(3.6mg、0.0045mmol)の溶液を、注射器を用いて加えた。その後、反応混合物を、アルゴン雰囲気下130℃で60時間加熱した。0.5cm3のブロモベンゼンを加え、反応混合物を、130℃でさらに4時間撹拌した。室温まで冷却した後、反応混合物を150cm3の撹拌しているアセトンへ加えた。ポリマーを濾過によって回収し、アセトンおよびヘキサンを使用するソックスレー抽出により精製した。最後に、ポリマーを、クロロホルムおよびクロロベンゼンに順に溶解した。収量:クロロホルム抽出物から0.158g(58%)、クロロベンゼン抽出物から0.093g(34%)。実測:C、78.2;H、9.5;N、2.6。C78H108N2O6Sとの予測:C、78.0;H、9.1;N、2.3。
例4
PIBDFBT−24の合成
PIBDFBT−24の合成
100cm3の二口丸底フラスコへ、(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−24)(0.3g、0.23mmol)および5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)−2,2’−ビチオフェン(0.115g、0.23mmol)を加えた。容器を排気しアルゴンで満たすことを3回行った。その後、トルエン(10cm3)およびビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(0.005g、0.007mmol)を加えた。その後、反応混合物を、90℃で17時間、次いで120℃で29時間、加熱した。その後、ブロモベンゼン(0.5cm3)を加えた。混合物を120℃で4時間加熱した後、室温まで冷却した。反応混合物を、150cm3の撹拌しているメタノールへ加えた。固体を濾過して除き、アセトン、ヘキサンおよびクロロホルムを使用するソックスレー抽出により精製した。テトラクロロエタンまたはクロロベンゼンによる抽出によっては、残りのポリマーを溶解させることができなかった。不溶性画分の収量:0.269g(91%)。実測:C、76.2;H、9.0;N、2.4。C82H110N2O6S2との予測:C、76.7;H、8.6;N、2.2。
例5
PIBDFV−24の合成
PIBDFV−24の合成
25mLの乾燥フラスコへ、(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(2−デシルテトラデシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−24)(192.1g、0.150mmol)、(E)−1,2−ビス(トリブチルスタンニル)エテン(0.0909g、0.150mmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(3.7mg、0.012mmol)を加えた。脱気しアルゴンで再充填することを3回行った後、無水クロロベンゼン(7cm3)およびトリス(ジベンジリデンアセトン)−ジパラジウム(Pd2dba3)(2.8mg、0.003mmol)をアルゴン雰囲気下で加えた。混合物を、130℃で72時間撹拌した。室温まで冷却した後、混合物をメタノール(60cm3)中へ注ぎ、4時間撹拌した。固体を濾過によって回収し、アセトンおよびヘキサンを用いるソックスレー抽出に供した。最後に、ポリマーをクロロホルム、次いでクロロベンゼンに溶解した。収量:クロロホルム抽出から20.0mg(11.6%)、クロロベンゼン抽出から30.0mg(17.4%)。
例6
ジメチル2−(2−デシルテトラデシル)マロナートの合成
ジメチル2−(2−デシルテトラデシル)マロナートの合成
ナトリウム(1.52g、0.066mmol)を、アルゴン下で無水エタノール(45cm3)と充分に反応させた後、マロン酸ジエチル(7.93g、0.06mol)を室温で加えた。30分後、11−(ブロモメチル)トリコサン(27.87g、0.06mol)を滴加した。反応混合物を、還流下16時間撹拌した。その後、エタノールを減圧下で蒸発させた。DI水を加えて、形成された塩を溶解した。反応混合物をジエチルエーテルで3回抽出した。合わせた有機相を無水Na2SO4上で乾燥し、濾過した。溶媒を除去後、残渣を、ヘキサン:酢酸エチル(15:1、v:v)を使用するシリカゲル上のカラムクロマトグラフィにより精製することで、標的生成物が得られた。収量:11.7g(41.5%)。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, ppm): δ 0.88 (t, 6H), 1.20-1.21(m, 40H), 2.12(s, 2H), 3.41(t, 1H), 4.15-4.26 (m, 6H).
例7
4−デシルヘキサデカン酸の合成
4−デシルヘキサデカン酸の合成
エタノール(20cm3)およびDI水(10cm3)中の水酸化カリウム(5.89g、0.105mol)の溶液を、ジメチル2−(2−デシルテトラデシル)マロナート(10.43g、0.021mol)へ加えた。反応混合物を、4時間還流した後、エタノールを蒸留して除いた。さらにDI水(100cm3)を加えた後、混合物を、12NのHCl(10cm3)により酸性化した。有機相を、ジエチルエーテルを使用して分離し、合わせた有機相を無水NaSO4上で乾燥し、濾過した。溶媒を除去後、残渣を、減圧下180℃で30分間加熱することで、標的化合物が得られた。収量:7.582g(91.2%)。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, ppm): δ 0.88 (t, 6H), 1.25-1.26 (m, 40H), 1.56-1.64 (m, 3H), 2.44 (t, 2H).
例8
4−デシルヘキサデカン−1−オールの合成
4−デシルヘキサデカン−1−オールの合成
LiAlH4溶液(36.2cm3、THF中1M、0.0362mol)を、無水ジエチルエーテル(50cm3)中4−デシルヘキサデカン酸(7.18g、0.0181mol)の懸濁液へ滴加した。その後、反応混合物を6時間還流した。室温まで冷却した後、反応混合物をDI水へ加えた。混合物を、ジエチルエーテルで3回抽出した。合わせた有機相を無水Na2SO4上で乾燥し、濾過した。溶媒を除去した後、無色液体を得た。収量:5.1g(74.0%)。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, ppm): δ 0.88 (t, 6H), 1.24-1.26 (m, 42H), 1.52-1.56 (m, 3H), 3.57-3.64 (m, 2H).
例9
11−(3−ブロモプロピル)トリコサンの合成
11−(3−ブロモプロピル)トリコサンの合成
CH2Cl2(25cm3)中トリフェニルホスフィン(3.50g、13.33mmol)の溶液へ、CH2Cl2(5cm3)中の臭素(2.13g、13.33mmol)を、室温でゆっくり加えた。1時間の撹拌後、4−デシルヘキサデカン−1−オール(5.1g、13.33mmol)およびピリジン(1.07cm3、13.33mmol)を加えた。混合物を、室温で18時間撹拌した。飽和Na2SO3水溶液(25cm3)を加え、30分間撹拌した。有機相を分離し、Na2SO4上で乾燥した。溶媒を除去した後、残りの液体を、溶出液としてヘキサンを使用するシリカゲルカラムに通すことで、無色液体が得られた。収量:5.5g(93.2%)。1H NMR (CDCl3, 300 MHz, ppm): δ 0.88 (t, 6H), 1.22-1.28 (m, 42H), 1.54 (m, 1H), 1.83 (br, 2H), 3.39 (t, 2H).
例10
6−ブロモ−1−(4−デシルヘキサデシル)インドリン−2,3−ジオンの合成
6−ブロモ−1−(4−デシルヘキサデシル)インドリン−2,3−ジオンの合成
6−ブロモインドリン−2,3−ジオン(0.339g、1.5mmol)、K2CO3(0.813g、5.88mmol)およびDMF(5cm3)の混合物へ、11−(3−ブロモプロピル)トリコサン(1.002g、2.25mmol)を加えた。反応混合物を、アルゴン下70℃で20時間撹拌した。その後、溶媒を減圧下で蒸発させ、DI水(10cm3)を加えた。混合物をジクロロメタンで抽出し(3×50cm3)、合わせた有機相を無水NaSO4上で乾燥し、濾過した。溶媒を除去した後、残渣を、溶出液としてジクロロメタン:ヘキサン(1:1、v:v)を使用するシリカゲルカラムに通すことで、標的化合物が得られた。収量:0.60g(67.7%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.84-0.89 (m, 6H), 1.15-1.40 (m, 42H), 1.48-1.52(m, 1H), 1.84 (s, 2H), 3.52-3.59 (q, 2H), 7.01 (s, 1H), 7.27-7.28 (d, J = 6.0 Hz,1H), 7.45-7.47 (d, J = 6.0 Hz 1H).
例11
(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(4−デシルヘキサデシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−26)の合成
(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(4−デシルヘキサデシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−26)の合成
酢酸(5cm3)中のベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(0.094g、0.50mmol)、6−ブロモ−1−(4−デシルヘキサデシル)インドリン−2,3−ジオン(0.591g、1.00mmol)およびp−トルエンスルホン酸(0.027g、0.14mmol)の混合物を、アルゴン下115℃で17時間撹拌した。その後、反応混合物を室温まで冷却し、濾過した。固体を酢酸およびメタノールで洗浄し、さらに、溶出液としてジクロロメタン:ヘキサン(1:1、v:v)の混合物を使用するシリカゲル上のカラムクロマトグラフィで精製することで、標的生成物が得られた。収量:0.401g(60.6%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 0.88 (m, 12H), 1.14-1.45 (m, 84H), 1.48-1.52(t, 2H), 1.60-1.66(s, 4H), 3.52-3.59 (m, 4H), 6.95 (s, 2H), 7.20 (d, J = 6.0 Hz, 2H), 8.92 (d, J = 6.0 Hz, 2H), 9.11 (s, 2H).
例12
PIBDFV−26の合成
PIBDFV−26の合成
25cm3の乾燥したフラスコへ、(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(4−デシルヘキサデシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−26)(191.0g、0.1430mmol)、(E)−1,2−ビス(トリブチルスタンニル)エテン(0.0867g、0.1430mmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(3.5mg、0.0114mmol)を加えた。脱気しアルゴンで再充填することを3回行った後、無水クロロベンゼン(7cm3)およびトリス(ジベンジリデンアセトン)−ジパラジウム(2.6mg、2mol%、0.0029mmol)をアルゴン雰囲気下で加えた。混合物を130℃で72時間撹拌した。室温まで冷却した後、混合物をメタノール(60cm3)中へ注ぎ、4時間撹拌した。固体を濾過により回収し、アセトンおよびヘキサンを用いるソックスレー抽出に8時間供した。最後に、ポリマーを、クロロホルムに、次いでクロロベンゼンに溶解した。収量:クロロホルム画分において23.0mg(13.4%)、クロロベンゼン画分において25.0mg(14.5%)。GPC(PhCl、50℃):Mn=78.1kgmol−1;Mw=326.8kgmol−1。
例13
ヘプタトリアコンタン−19−オールの合成
ヘプタトリアコンタン−19−オールの合成
500cm3の乾燥した二口フラスコへ、マグネシウムの削りくず(turnings)(3.99g、0.164mol)を加えた。フラスコを脱気し、アルゴンでフラッシュすることを3回行った後、無水エーテル(70cm3)を注射器に通してフラスコ中へ加えた。少量の1,2−ジブロモエタン(〜0.3cm3)を加えることで反応を開始した後、無水ジエチルエーテル(150cm3)中の1−ブロモオクタデカン(40.02g、0.120mol)の溶液を、穏やかな還流下、滴下漏斗に通して滴加した。1−ブロモオクタデカンの添加後、反応混合物を、撹拌下、還流加熱し、90分間維持した。その後、反応混合物を室温まで冷却し、無水ジエチルエーテル(50cm3)中のギ酸エチル(4.00g、0.054mol)の溶液を滴加した。添加後、反応混合物を20時間還流した。反応混合物を室温まで冷却し、氷を含有するメタノール中へ注ぎ、2NのHClで酸性化した。固体を濾過して除き、ジクロロメタンで洗浄した。最後に、固体を、THF/メタノールの混合物を使用して再結晶化した。収量:23.14g(79.8%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 3.58 (m, 1H), 1.43 (br, 4H), 1.25 (br, 64H), 0.88 (t, J = 6.0 Hz, 6H).
例14
19−ブロモヘプタトリアコンタンの合成
19−ブロモヘプタトリアコンタンの合成
冷却器および滴下漏斗を備えた250cm3の二口フラスコへ、ヘプタトリアコンタン−19−オール(22.00g、0.041mol)を加え、フラスコを脱気し、アルゴンでフラッシュすることを3回行った。無水クロロホルム(100cm3)を加え、混合物を、固体が完全に溶解するまで、60℃まで加熱した。その後、ブロモトリメチルシラン(25.11g、0.164mol)を滴加し、混合物を60℃で48時間撹拌した。室温まで冷却した後、反応混合物を、氷を含有するクロロホルム(100cm3)中へ注いだ。有機相をDI水で3回洗浄した。溶媒をin vacuoで除去した後、固体をヘキサンから3回再結晶化することで、表題の生成物が得られた。収量:8.85g(36.0%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 3.96-4.06 (m, 1H), 1.72-1.82 (m, 4H), 1.24 (br, 64H), 0.88 (t, J = 6.0 Hz, 6H).
例15
19−アリルヘプタトリアコンタンの合成
19−アリルヘプタトリアコンタンの合成
500cm3のフラスコへ、19−ブロモヘプタトリアコンタン(8.8g、14.7mmol)を加え、該フラスコを脱気し、アルゴンでフラッシュすることを3回行った。無水THF(180cm3)を添加することで、固体を溶解し、続いて塩化アリルマグネシウム(15cm3、THF中2M、30mmol)を滴加した。混合物を、還流下20時間保持した。その後、反応混合物を、氷/水の混合物でクエンチし、2NのHClで酸性化した。水相をジエチルエーテルで3回洗浄した。その後、合わせた有機相をDI水で1回洗浄した。溶媒をin vacuoで除去後、固体をヘキサン中で撹拌し、生成物としての固体を濾過して除いた。収量:4.8g(58.2%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 5.70-5.84 (m, 1H), 4.95-5.01 (m, 2H), 2.01 (t, J = 6.0 Hz, 2H), 1.26-1.43 (br, 65H), 0.88 (t, J = 6.0 Hz, 6H).
例16
4−オクタデシルドコサン−1−オールの合成
4−オクタデシルドコサン−1−オールの合成
100cm3のフラスコへ、19−アリルヘプタトリアコンタン(4.4g、7.9mmol)およびジエチレングリコールジメチルエーテル(20cm3)を加えた。混合物を40℃まで加熱することで、固体を溶解した。水素化ホウ素ナトリウム(0.1g)を、次いで三フッ化ホウ素エーテル(0.4cm3)を、加えた。混合物を40℃で2.5時間撹拌した後、DI水(0.7cm3)をゆっくり加えた。22mol)の溶液を加えた。混合物を、氷/水浴中で冷却し、過酸化水素(1.4cm3、30%水溶液)を加えた。その後、混合物を、室温で4時間撹拌した。反応混合物をジエチルエーテルで抽出し、無水Na2SO4上で乾燥して、濾過した。溶媒を除去した後、固体を、溶出液としてジクロロメタンを用いたカラムクロマトグラフィを使用して精製することで、表題の生成物が得られた。収量:1.9g(41.6%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 3.59-3.63 (m, 2H), 1.43-1.55 (m, 2H), 1.26 (br, 71H), 0.88 (t, J = 6.0 Hz, 6H).
例17
19−(3−ヨードプロピル)ヘプタトリアコンタンの合成
19−(3−ヨードプロピル)ヘプタトリアコンタンの合成
ジクロロメタン(30cm3)中4−オクタデシルドコサン−1−オール(0.513g、0.863mmol)の溶液へ、PPh3(0.282g、1.036mmol)およびイミダゾール(0.077g、1.036mmol)を加えた。混合物を氷/水浴で冷却し、ヨウ素(0.263g、1.036mmol)を加えた。次いで、混合物を室温で4時間撹拌した後、Na2SO3溶液でクエンチした。有機相を分離し、DI水で洗浄し、無水Na2SO4上で乾燥した。生成物を、溶出液としてヘキサンを使用するシリカゲル上のカラムクロマトグラフィにより精製した。収量:0.52g(71.0%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 3.17 (t, J = 6.0 Hz, 2H), 1.75-1.84 (m, 2H), 1.26 (br, 71H), 0.88 (t, J = 6.0 Hz, 6H).
例18
6−ブロモ−1−(4−オクタデシルデコシル)インドリン−2,3−ジオンの合成
6−ブロモ−1−(4−オクタデシルデコシル)インドリン−2,3−ジオンの合成
100cm3のフラスコへ、19−(3−ヨードプロピル)ヘプタトリアコンタン(0.5244g、0.761mmol)、6−ブロモインドリン−2,3−ジオン(0.1744g、0.761mmol)およびK2CO3(0.2146g、1.522mmol)を加えた。次いで、フラスコを排気してアルゴンでフラッシュすることを3回行った後、無水THF(9cm3)およびDMF(9cm3)を加えた。混合物を50℃で18時間撹拌した。混合物を室温まで冷却した後、溶媒を真空除去し、残渣をジクロロメタン(25cm3)に溶解した。ジクロロメタンおよびブラインを使用する相分離の後、合わせた有機相を無水Na2SO4上で乾燥し、溶媒を真空除去した。残渣を、溶出液としてヘキサン:ジクロロメタン(3:2、v:v)を用いるシリカゲル上のカラムクロマトグラフィを使用して精製することで、標的生成物が得られた。収量:0.46g(76.7%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 7.46 (d, J = 6.0 Hz, 1H), 7.29 (d, J = 6.0 Hz, 1H), 7.06 (s, 1H), 3.67 (t, J = 6.0 Hz, 2H), 1.66 (br, 2H), 1.26 (br, 71H), 0.88 (t, J = 6.0 Hz, 6H).
例19
(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(4−オクタデシルデコシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−40)の合成
(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(4−オクタデシルデコシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−40)の合成
25cm3のフラスコへ、6−ブロモ−1−(4−オクタデシルデコシル)インドリン−2,3−ジオン(0.420g、0.534mmol)、ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(0.051g、0.267mmol)およびp−トルエンスルホン酸(p−TsOH)(0.015g、0.076mmol)を加え、フラスコを排気してアルゴンでフラッシュすることを3回行った。次いで、酢酸(4cm3)を加え、混合物を115℃まで加熱し、撹拌下この温度で18時間維持した。混合物を室温まで冷却した後、沈殿物を、濾過を介して溶媒から分離した。固体をメタノールおよび酢酸で洗浄し、ヘキサン:ジクロロメタン(2:1、v:v)を用いるシリカゲル上のカラムクロマトグラフィによりさらに精製することで、標的生成物が得られた。収量:0.265g(57.6%)。1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ 9.12 (s, 2H), 8.95 (d, J = 4.5 Hz, 2H), 7.23 (d, 2H), 6.96 (s, 2H), 3.74 (t, J = 7.5 Hz, 4H), 1.68 (br, 4H), 1.24 (br, 142H), 0.87 (t, J = 6.0 Hz, 12H).
例20
PIBDFBT−40の合成
PIBDFBT−40の合成
25cm3の乾燥フラスコへ、(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(4−オクタデシルデコシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−40)(98.2mg、56.8μmol)、5,5’−ビス(トリメチルスタンニル)ビチオフェン(27.9mg、56.8μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(1.4mg、4.56μmol)を加えた。フラスコを排気しアルゴンでフラッシュすることを3回行った。次いで、無水クロロベンゼン(4cm3)およびトリス(ジベンジリデンアセトン)−ジパラジウム(1.0mg、1.14μmol)を加えた。混合物を130℃まで加熱し、この温度で72時間撹拌した。室温まで冷却した後、反応混合物を、メタノールへ撹拌しながら加えた。固体を濾過して除き、アセトンおよびヘキサンの順でソックスレー装置により抽出した。最後に、ポリマーをクロロホルムに溶解させ、真空乾燥後に、生成物が得られた。収量:82.0mg(83.2%)。GPC(PhCl、50℃):Mn=92.4kgmol−1;Mw=248.1kgmol−1。
例21
PIBDFV−40の合成
PIBDFV−40の合成
25cm3の乾燥フラスコへ、(3E,7E)−3,7−ビス(6−ブロモ−1−(4−オクタデシルデコシル)−2−オキソインドリン−3−イリデン)ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−2,6(3H,7H)−ジオン(IBDF−40)(108.7mg、62.92μmol)、(E)−1,2−ビス(トリブチルスタンニル)エテン(38.1mg、62.92μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(1.5mg、5.03μmol)を加えた。脱気してアルゴンで充填するのを3回行った後、トリス(ジベンジリデンアセトン)−ジパラジウム(1.2mg、1.26μmol)および乾燥クロロベンゼン(4cm3)を、アルゴン下で加えた。混合物を130℃で72時間撹拌した。室温まで冷却した後、混合物をメタノール(60cm3)中へ注ぎ、4時間撹拌した。固体を濾過により回収し、アセトンおよびヘキサンを用いるソックスレー抽出に供した。最後に、ポリマーをクロロホルムに溶解し、溶媒を除去した後、黒色の膜が得られた。収量:69.8mg(69.6%)。GPC(PhCl、50℃):Mn=50.2kgmol−1;Mw=127.9kgmol−1。
例22
OTFTデバイスの製作および特徴付け
ボトムコンタクト/ボトムゲートのOTFT構成を使用した。高濃度p型Siウェハはゲート電極として機能し、Si層の上面上に熱的に成長し、〜17nF/cm2の静電容量を有するSiO2層(〜200nm)を、絶縁誘電体として使用した。金のソースおよびドレイン電極の対を、一般的なフォトリソグラフィ法により、層上に予め被着させた。基板を、超音波浴中のDI水、アセトンおよびイソプロパノール、続いてO2プラズマにより、汚れを取り除いた。後に、基板を、70℃で20分間、トルエン(10mg/cm3)中ドデシルトリクロロシラン(DTS)溶液中に浸漬した。トルエンで洗浄後、基板を、窒素フローの下で乾燥した。クロロホルム(10mg/cm3)中のポリマー溶液を、3000rpmで60秒間、基板上にスピンコートすることで、膜が得られた。それを、グローブボックス中、異なる温度で15分間、熱アニーリングに供した。デバイスを、酢酸ブチル(8wt%)中PMMA溶液を3000rpmで50秒間スピンコーティングすることによって、500nm厚のPMMA(Mw=120,000gmol−1)層で被包し、グローブボックス中、窒素下、80℃で30分間乾燥した。OTFTデバイスは、長さ(L)が30μmのチャネルおよび幅(W)が1000μmのチャネルを有する。デバイスは、Agilent 4155C Semiconductor Analyzerを使用して空気中で特徴付けを行った。飽和状態μsatにおける担体移動度は、以下の方程式
(式中、IDSは、ドレイン電流であり、Ciは、ゲート誘電体の単位面積当たりの静電容量であり、WおよびLは夫々、半導体チャネルの幅および長さであり、VGおよびVTは夫々、ゲート電圧および閾電圧である)に従い、算出した。デバイスのVTは、IDS=0での、飽和状態における(IDS)1/2対VG曲線の直線フィットの外挿から、決定した。
OTFTデバイスの製作および特徴付け
ボトムコンタクト/ボトムゲートのOTFT構成を使用した。高濃度p型Siウェハはゲート電極として機能し、Si層の上面上に熱的に成長し、〜17nF/cm2の静電容量を有するSiO2層(〜200nm)を、絶縁誘電体として使用した。金のソースおよびドレイン電極の対を、一般的なフォトリソグラフィ法により、層上に予め被着させた。基板を、超音波浴中のDI水、アセトンおよびイソプロパノール、続いてO2プラズマにより、汚れを取り除いた。後に、基板を、70℃で20分間、トルエン(10mg/cm3)中ドデシルトリクロロシラン(DTS)溶液中に浸漬した。トルエンで洗浄後、基板を、窒素フローの下で乾燥した。クロロホルム(10mg/cm3)中のポリマー溶液を、3000rpmで60秒間、基板上にスピンコートすることで、膜が得られた。それを、グローブボックス中、異なる温度で15分間、熱アニーリングに供した。デバイスを、酢酸ブチル(8wt%)中PMMA溶液を3000rpmで50秒間スピンコーティングすることによって、500nm厚のPMMA(Mw=120,000gmol−1)層で被包し、グローブボックス中、窒素下、80℃で30分間乾燥した。OTFTデバイスは、長さ(L)が30μmのチャネルおよび幅(W)が1000μmのチャネルを有する。デバイスは、Agilent 4155C Semiconductor Analyzerを使用して空気中で特徴付けを行った。飽和状態μsatにおける担体移動度は、以下の方程式
例示ポリマーのOTFTの特徴付けを、電子促進モードについての表1および正孔促進モードについての表2に要約する。ここでμeは、電子移動度を示し、μhは、正孔移動度を示し、Ion/Ioffは、offに対するonの電流比を示す。例示ポリマーを使用する典型的なデバイスの出力および輸送の曲線を、図5〜図10に示す。
Claims (16)
- 縮合環部分(I):
Mは、共役した部分である、
を含む、モノマー、オリゴマーまたはポリマー。 - Mが、構造の群:
各構造は、約1個〜約60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る、
から選択される、請求項1に記載のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。 - (I)が、以下の構造:
R’は、独立して、水素、または、1〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素、例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等、または、任意の他の好適な基であり;
各構造は、1〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、さらに置換され得る、
から選択される、請求項1に記載のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。 - 以下の構造PIおよびPII:
X、MおよびRが、上のように定義され;
aは、1から20までの整数であり;
bまたはcは、0(ゼロ)から20までの整数であり;
単位Arおよび単位M1−(I)−M2は、ランダムまたは交互に接続され得、すなわち、(PI)または(PII)は、ランダムコポリマー、交互コポリマーまたはブロックコポリマーであり得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得;
Arは、独立して、π共役した部分である、
を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。 - Arが、独立して、以下の構造:
各構造は、1〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得る、
から独立して選択されるか、または前記構造の組み合わせである、請求項4に記載のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。 - Arが、1〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基で任意に置換されていてもよい、請求項4または5に記載のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。
- 以下の構造
M1、M2、Ar、R、a、bおよびnが、上のように定義され;
各構造は、1〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る、
の1つを有する、請求項4に記載のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。 - 構造(1)〜(230):
Rは、独立して、水素、1〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリールおよび置換されたアリール等)から選択されるか、または、任意の他の好適な基であり;
各構造は、1〜60個の炭素原子を有する任意に置換されていてもよい炭化水素(例えばアルキル、置換されたアルキル、アルケニル、置換されたアルケニル、アルキニル、置換されたアルキニル、アリール、置換されたアリール、アルコキシおよび置換されたアルコキシ等)、シアノ(CN)、ニトロおよびハロゲンから独立して選択される1種または2種以上の好適な基、または、任意の他の好適な基により、適用可能な位置で、置換され得;
nは、1から1,000,000までの数であり;
末端の「*」は、水素、または、任意の他の好適な基または部分であり得る、
から選択される、請求項4および7に記載のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のモノマー、オリゴマーまたはポリマーを含む、電子デバイス。
- 電子デバイスが、有機電界効果トランジスタ(OFET)、薄膜トランジスタ(TFT)、集積回路(IC)、論理回路、コンデンサ、無線自動識別(RFID)タグ、デバイスまたは部品、有機発光ダイオード(OLED)、有機発光トランジスタ(OLET)、フラットパネルディスプレイ、ディスプレイのバックライト、有機光起電デバイス(OPV)、有機太陽電池(O−SC)、フォトダイオード、レーザダイオード、光伝導体、有機光検出器(OPD)、電子写真デバイス、電子写真記録デバイス、有機メモリデバイス、センサデバイス、ポリマー発光ダイオード(PLED)における電荷注入層、電荷輸送層または中間層、ショットキーダイオード、平坦化層、帯電防止膜、ポリマー電解質膜(PEM)、伝導性基板、伝導性のパターン、バッテリーにおける電極材料、配向層、バイオセンサ、バイオチップ、セキュリティマーキング、セキュリティデバイス、および、DNA配列を検出しかつ判別するための部品またはデバイスからなる群から選択される、請求項9に記載の電子デバイス。
- 有機薄膜トランジスタである、請求項9または10に記載の電子デバイス。
- 有機光電池または有機フォトダイオードである、請求項9または10に記載の電子デバイス。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の1種または2種以上の化合物と、半電導性の、電荷輸送の、正孔輸送の、電子輸送の、正孔ブロッキングの、電子ブロッキングの、電気伝導性の、光伝導性の、または発光の特性を有する、1種または2種以上の化合物またはポリマーとを含む、混合物またはブレンド。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の化合物と有機溶媒とを含む、配合物。
- 光学の、電気光学の、電子の、エレクトロルミネセンスの、または光ルミネセンスの部品またはデバイスにおける、電荷輸送の、半電導性の、電気伝導性の、光伝導性の、または発光の材料としての、請求項1〜8のいずれか一項に記載の化合物の使用。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の化合物を含む、電荷輸送の、半電導性の、電気伝導性の、光伝導性の、または発光の、材料。
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