JP2018076281A - ボロン酸またはボロン酸エステル、もしくはそれらを用いて多環芳香族化合物または多環芳香族多量体化合物を製造する方法 - Google Patents

ボロン酸またはボロン酸エステル、もしくはそれらを用いて多環芳香族化合物または多環芳香族多量体化合物を製造する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】多環芳香族化合物の製造に有効なボロン酸化合物、および当該ボロン酸化合物を用いて多環芳香族化合物を製造する方法を提供する。
【解決手段】下記一般式(1)で表される化合物に、酸を作用させて、多環芳香族化合物を製造する。
【化134】

式中、A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、Yはエステル化されていてもよい−B(OH)であり、XおよびXは、−O−、>N−Ar(Arはアリールなど)、−S−または−Se−である。

Description

本発明は、有機電界発光素子、有機電界効果トランジスタおよび有機薄膜太陽電池ならびに表示装置および照明装置に用いられる多環芳香族化合物または多環芳香族多量体化合物(以下、多環芳香族化合物等ともいう)を製造することができるボロン酸およびボロン酸エステルに関する。
従来、電界発光する発光素子を用いた表示装置は、省電力化や薄型化が可能なことから、種々研究され、さらに、有機材料から成る有機電界発光素子は、軽量化や大型化が容易なことから活発に検討されてきた。特に、光の三原色の一つである青色などの発光特性を有する有機材料の開発、および正孔、電子などの電荷輸送能(半導体や超電導体となる可能性を有する)を備えた有機材料の開発については、高分子化合物、低分子化合物を問わずこれまで活発に研究されてきた。
有機EL素子は、陽極および陰極からなる一対の電極と、当該一対の電極間に配置され、有機化合物を含む一層または複数の層とからなる構造を有する。有機化合物を含む層には、発光層や、正孔、電子などの電荷を輸送または注入する電荷輸送/注入層などがあるが、これらの層に適当な種々の有機材料が開発されている。
発光層用材料としては、例えばベンゾフルオレン系化合物などが開発されている(国際公開第2004/061047号公報)。また、正孔輸送材料としては、例えばトリフェニルアミン系化合物などが開発されている(特開2001-172232号公報)。また、電子輸送材料としては、例えばアントラセン系化合物などが開発されている(特開2005-170911号公報)。
また、近年では有機EL素子や有機薄膜太陽電池に使用する材料としてトリフェニルアミン誘導体を改良した材料も報告されている(国際公開第2012/118164号公報)。この材料は既に実用化されていた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(TPD)を参考にして、トリフェニルアミンを構成する芳香族環同士を連結することでその平面性を高めたことを特徴とする材料である。この文献では例えばNO連結系化合物(63頁の化合物1)の電荷輸送特性が評価されているが、NO連結系化合物以外の材料の製造方法については記載されておらず、また、連結する元素が異なれば化合物全体の電子状態が異なるため、NO連結系化合物以外の材料から得られる特性も未だ知られていない。このような化合物の例は他にも見られる(国際公開第2011/107186号公報)。例えば、三重項励起子のエネルギー(T1)が大きい共役構造を有する化合物は、より短い波長の燐光を発することができるため、青色の発光層用材料として有益である。また、発光層を挟む電子輸送材料や正孔輸送材料としてもT1が大きい新規共役構造を有する化合物が求められている。
有機EL素子のホスト材料は、一般に、ベンゼンやカルバゾールなどの既存の芳香族環を単結合やリン原子やケイ素原子で複数連結した分子である。これは、比較的共役系の小さな芳香族環を多数連結することで、ホスト材料に必要とされる大きなHOMO−LUMOギャップ(薄膜におけるバンドギャップEg)が担保されるからである。さらに、燐光材料や熱活性型遅延蛍光材料を用いた有機EL素子のホスト材料には、高い三重項励起エネルギー(E)も必要となるが、分子にドナーあるいはアクセプター性の芳香族環や置換基を連結することで、三重項励起状態(T1)のSOMO1およびSOMO2を局在化させ、両軌道間の交換相互作用を小さくすることで、三重項励起エネルギー(E)を向上させることが可能となる。しかし、共役系の小さな芳香族環はレドックス安定性が十分ではなく、既存の芳香族環を連結していった分子をホスト材料として用いた素子は寿命が十分ではない。一方、拡張π共役系を有する多環芳香族化合物は、一般に、レドックス安定性は優れているが、HOMO−LUMOギャップ(薄膜におけるバンドギャップEg)や三重項励起エネルギー(E)が低いため、ホスト材料に不向きと考えられてきた。
国際公開第2004/061047号公報 特開2001-172232号公報 特開2005-170911号公報 国際公開第2012/118164号公報 国際公開第2011/107186号公報 国際公開第2015/102118号公報
国際公開第2015/102118号公報には、上述の多環芳香族化合物を製造する方法として、ハロゲン−リチウム交換反応やオルトメタル化反応などの方法で発生させた有機リチウム化合物に三臭化ホウ素を反応させ、ホウ素原子を導入後にそのまま反応系中で分子内環化させる方法が記載されている。しかしながら、(1)高反応性の有機リチウム中間体に、同様に高反応性の三臭化ホウ素を添加する工程で発生する反応熱のため局所的な過熱状態が発生する場合があるなどの理由から、特に反応スケールを上げたときに収率が低下する場合があったり、(2)環化前駆体のホウ素化合物も不安定なものが多いため単離、精製せずに連続して次反応である分子内環化反応を行う必要があり、最終生成物にはこの連続反応の副生成物が不純物として蓄積される場合があったり、(3)その結果、得られる生成物の選択率が低く、高純度化のためにより多くの精製工程が必要になり、目的物の収得量も減少してしまったりする、といった問題があった。また、従来の方法においては低温でリチオ化およびホウ素試薬の導入を行った後に、そのまま高温で環化反応を行う必要がある場合が多く、同一の反応器で低温と高温の反応を連続して行わなければならないため、装置や操作に制限が生じる場合もあった。化合物を工業的に利用する場合には、安定して大量に製造可能なことが好ましく、また一般的に有機EL素子用の材料には特に高い純度が要求されるため、最終段階における精製工程の簡便化、高効率化も重要になる。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、多環芳香族環化合物等の前駆体のボロン酸またはボロン酸エステルを原料として、ルイス酸やブレンステッド酸、特に塩化アルミニウムのようなルイス酸を反応させることで、この多環芳香族化合物等を製造できることを見出した。
項1. 下記一般式(1)で表される化合物(ただし下記XおよびXが共に−O−であるものは除く)、下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物(ただし下記XおよびXが共に−O−であるものは除く)、多環芳香族化合物を製造するための下記一般式(1)で表される化合物、または、多環芳香族多量体化合物を製造するための下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物。
(上記式(1)中、
A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環における少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、
はエステル化されていてもよい−B(OH)であり、
およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、ここで、前記N−ArのArは置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリールまたは置換されていてもよいアルキルであり、前記N−ArのArは連結基または単結合により前記A環、B環および/またはC環と結合していてもよく、そして、
式(1)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
項2. A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環における少なくとも1つの水素は置換または無置換のアリール、置換または無置換のヘテロアリール、置換または無置換のジアリールアミノ、置換または無置換のジヘテロアリールアミノ、置換または無置換のアリールヘテロアリールアミノ、置換または無置換のアルキル、置換または無置換のアルコキシ、置換または無置換のアリールオキシもしくはハロゲンで置換されていてもよく、
はエステル化されていてもよい−B(OH)であり、
およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、ここで、前記N−ArのArはアルキルまたはハロゲンで置換されていてもよいアリール、アルキルまたはハロゲンで置換されていてもよいヘテロアリールもしくはアルキルまたはハロゲンで置換されていてもよいアルキルであり、前記N−ArのArは−O−、−S−、>C(R)または単結合により前記A環、B環および/またはC環と結合していてもよく、また、前記>C(R)のRはそれぞれ独立して水素またはアルキルであり、このアルキルにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、
式(1)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよく、そして、
前記多量体化合物は2量体化合物または3量体化合物である、
項1に記載する化合物または多量体化合物。
項3. 下記一般式(2)で表される化合物(ただし下記XおよびXが共に−O−であるものは除く)、または、多環芳香族化合物を製造するための下記一般式(2)で表される化合物。
(上記式(2)中、
、R、R、R、R、R、R、R、R、R10およびR11は、それぞれ独立して、水素、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、アルコキシ、アリールオキシまたはハロゲンであり、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンで置換されていてもよく、また、R〜R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共にアリール環またはヘテロアリール環を形成していてもよく、形成された環における少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、アルコキシ、アリールオキシまたはハロゲンで置換されていてもよく、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンで置換されていてもよく、
はエステル化されていてもよい−B(OH)であり、
およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、ここで、前記N−ArのArは炭素数6〜12のアリール、炭素数2〜15のヘテロアリールまたは炭素数1〜6のアルキルであり、これらにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、前記N−ArのArは−O−、−S−、>C(R)または単結合により前記a環、b環および/またはc環と結合していてもよく、また、前記>C(R)のRはそれぞれ独立して炭素数1〜6のアルキルであり、このアルキルにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、そして、
式(2)で表される化合物における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
項4. R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10およびR11は、それぞれ独立して、水素、炭素数6〜30のアリール、炭素数2〜30のヘテロアリール、ジアリールアミノ(ただしアリールは炭素数6〜12のアリール)またはハロゲンであり、これらにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、また、R〜R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に炭素数9〜16のアリール環または炭素数6〜15のヘテロアリール環を形成していてもよく、形成された環における少なくとも1つの水素は炭素数6〜10のアリールまたはハロゲンで置換されていてもよく、この炭素数6〜10のアリールにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、
は−B(OH)がエステル化された基であり、
およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Arまたは−S−であり、ここで、前記N−ArのArは炭素数6〜10のアリールまたは炭素数1〜4のアルキルであり、これらにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、そして、
式(2)で表される化合物における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
項3に記載する化合物。
項5. 下記式(1−1−98)で表される化合物、または、多環芳香族化合物を製造するための下記式(1−1−98)で表される化合物。
式中のBpinは−B(OH)がピナコールエステル化された基、tBuはt−ブチル基である。
項6. 多環芳香族化合物を製造するための、下記式(1−3−139)、式(1−3−252)、式(1−3−386)または式(1−3−439)で表される化合物。
式中のBpinは−B(OH)がピナコールエステル化された基、Meはメチル基である。
項7. 多環芳香族化合物を製造するための、下記式(1−2−340)または式(1−2−343)で表される化合物。
式中のBpinは−B(OH)がピナコールエステル化された基、Meはメチル基、tBuはt−ブチル基である。
項8. 項1に記載された、下記一般式(1)で表される化合物、または、下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物に、酸を作用させて、多環芳香族化合物または多環芳香族多量体化合物を製造する方法。
(上記構造式中、
A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環における少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、
はエステル化されていてもよい−B(OH)であり、
およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、ここで、前記N−ArのArは置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリールまたは置換されていてもよいアルキルであり、前記N−ArのArは連結基または単結合により前記A環、B環および/またはC環と結合していてもよく、そして、
上記構造式における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
上記一般式(1)等で表されるボロン酸またはボロン酸エステルは極めて安定性が高いため、酸との反応においても高反応性に由来する問題は回避され、スケールアップ時の収率低下が回避される。また、安定性が高いボロン酸またはボロン酸エステルは単離して精製することが容易なので、生成物を高い選択率で得ることができ、結果的に有機EL素子用材料としての多環芳香族化合物を高純度かつ高収率で得ることがより容易になる。さらに、同一反応器で温度を変更させるだけで済み、単純な加熱反応で製造することができる。
また、上記ボロン酸またはボロン酸エステルから得られる、芳香環をホウ素、リン、酸素、窒素、硫黄などのヘテロ元素で連結した多環芳香族化合物は、大きなHOMO−LUMOギャップ(薄膜におけるバンドギャップEg)と高い三重項励起エネルギー(E)を有する。これは、ヘテロ元素を含む6員環の芳香属性が低いため、共役系の拡張に伴うHOMO−LUMOギャップの減少が抑制されること、ヘテロ元素の電子的な摂動により三重項励起状態(T1)のSOMO1およびSOMO2が局在化することが原因となっていると考えられる。また、このような多環芳香族化合物は、三重項励起状態(T1)におけるSOMO1およびSOMO2の局在化により、両軌道間の交換相互作用が小さくなるため、三重項励起状態(T1)と一重項励起状態(S1)のエネルギー差が小さく、熱活性型遅延蛍光を示すため、有機EL素子の蛍光材料としても有用である。また、高い三重項励起エネルギー(E)を有する材料は、燐光有機EL素子や熱活性型遅延蛍光を利用した有機EL素子の電子輸送層や正孔輸送層としても有用である。更に、これらの多環芳香族化合物は、置換基の導入により、HOMOとLUMOのエネルギーを任意に動かすことができるため、イオン化ポテンシャルや電子親和力を周辺材料に応じて最適化することが可能である。
本実施形態に係る有機EL素子を示す概略断面図である。
1.本発明の概要
本発明を概略的に説明すると、本発明の一態様は、下記一般式(1)で表される化合物、および、下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物に関する。なお、多量体化合物については、多量化の数や態様により化合物構造が異なるため、下記多量体化合物は一例であり、中央の多量体化合物は2つの式(1)で表される構造が単結合で結合してできた化合物であり、右側の多量体化合物は環Aを共有するようにして2つの式(1)で表される構造が結合してできた化合物である。また、式中の符号は上記項1で定義するものと同じである。
これらの化合物は、Yがエステル化されていてもよい−B(OH)であるため、本明細書ではボロン酸またはボロン酸エステルとも呼ぶ。これらの化合物の使用用途は特に限定されず、XおよびXが共に−O−であるものは除かれる。
また、本発明の他の態様は、多環芳香族化合物を製造するための下記一般式(1)で表される化合物、または、多環芳香族多量体化合物を製造するための下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物に関する。ただし、多環芳香族化合物や多環芳香族多量体化合物を製造するために用いられるこれらの化合物は、XおよびXが共に−O−であってもよい。これらの化合物も、Yがエステル化されていてもよい−B(OH)であるため、本明細書ではボロン酸またはボロン酸エステルと呼ばれる。なお、多量体化合物については、多量化の数や態様により化合物構造が異なるため、下記構造は一例である。また、式中の符号は上記項1で定義するものと同じである。
以下は、多環芳香族化合物を製造するための一般式(1)で表される化合物を用いて、多環芳香族化合物を製造する工程の概略である。また、式中の符号は上記項7で定義するものと同じである。
また、以下は、多環芳香族多量体化合物を製造するための一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物を用いて、多環芳香族多量体化合物を製造する工程の概略である。なお、多量体化合物や多環芳香族多量体化合物については、多量化の数や態様により化合物構造が異なるため、下記構造は一例である。また、式中の符号は上記項7で定義するものと同じである。
2.本発明のボロン酸およびボロン酸エステル
本願発明は、下記一般式(1)で表される化合物、または下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物である。本願発明は、好ましくは、下記一般式(2)で表される化合物、または下記一般式(2)で表される構造を複数有する多量体化合物である。なお、下記式(1)中のY、XおよびXは上記項1で定義するものと同じであり、下記式(2)中のY、X、XおよびR〜R11は上記項3で定義するものと同じである。
一般式(1)におけるA環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環における少なくとも1つの水素は置換基で置換されていてもよい。この置換基は、置換または無置換のアリール、置換または無置換のヘテロアリール、置換または無置換のジアリールアミノ、置換または無置換のジヘテロアリールアミノ、置換または無置換のアリールヘテロアリールアミノ(アリールとヘテロアリールを有するアミノ基)、置換または無置換のアルキル、置換または無置換のアルコキシ、置換または無置換のアリールオキシもしくはハロゲンが好ましい。これらの基が置換基を有する場合の置換基としては、アリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンがあげられる。
また、A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、別の環で縮合されていてもよい5員環または6員環であることが好ましい。一般式(2)の構造は、A環、B環およびC環がベンゼン環(6員環)になった例である。ただし後述するように、R〜R11のうちの隣接する基同士は結合してa環、b環またはc環と共にアリール環またはヘテロアリール環を形成していてもよいため、当該ベンゼン環は別の環が縮合した構造になることもあり得る。
一般式(1)におけるA環(またはB環、C環)は、一般式(2)におけるa環とその置換基R〜R(またはb環とその置換基R〜R、c環とその置換基R〜R11)に対応する。その意味で、一般式(2)の各環を小文字のa〜cで表した。
一般式(2)では、a環、b環およびc環の置換基R〜R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共にアリール環またはヘテロアリール環を形成していてもよく、形成された環における少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、アルコキシ、アリールオキシまたはハロゲンで置換されていてもよく、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンで置換されていてもよい。したがって、一般式(2)で表される化合物は、a環、b環およびc環における置換基の相互の結合形態によって、下記式(2−1)および式(2−2)に示すように、化合物を構成する環構造が変化する。各式中のA’環、B’環およびC’環は、一般式(1)におけるそれぞれA環、B環およびC環に対応する。なお、下記式中のY、X、XおよびR〜R11は上記項3で定義するものと同じである。
上記式(2−1)および式(2−2)中のA’環、B’環およびC’環は、一般式(2)で説明すれば、置換基R〜R11のうちの隣接する基同士が結合して、それぞれa環、b環およびc環と共に形成したアリール環またはヘテロアリール環を示す(a環、b環またはc環に他の環構造が縮合してできた縮合環ともいえる)。なお、式では示してはいないが、a環、b環およびc環の全てがA’環、B’環およびC’環に変化した化合物もある。また、上記式(2−1)および式(2−2)から分かるように、例えば、b環のRとc環のR、b環のR11とa環のR、c環のRとa環のRなどは「隣接する基同士」には該当せず、これらが結合することはない。すなわち、「隣接する基」とは同一環上で隣接する基を意味する。
上記式(2−1)や式(2−2)で表される化合物は、例えば後述する具体的化合物として列挙した式(1−3−323)〜(1−3−391)で表されるような化合物に対応する。すなわち、例えばa環(またはb環またはc環)であるベンゼン環に対してベンゼン環、インドール環、ピロール環、ベンゾフラン環またはベンゾチオフェン環などが縮合して形成されるA’環(またはB’環またはC’環)を有する化合物であり、形成されてできた縮合環A’(または縮合環B’または縮合環C’)はそれぞれナフタレン環、カルバゾール環、インドール環、ジベンゾフラン環またはジベンゾチオフェン環などである。
一般式(1)におけるYは、エステル化されていてもよい−B(OH)である。好ましいYは−B(OH)がエステル化された基である。この説明は一般式(2)におけるYでも同じである。
−B(OH)がエステル化された基(−B(OR))としては特に限定されず、ヒドロキシル基を有する例えばアルキルやアリールとボロン酸との反応で得られるような基が挙げられる。−B(OR)のRとしては置換されていてもよい炭素数1〜4のアルキル(炭素数3〜4の分岐鎖アルキル)が挙げられ、R同士が結合して環を形成していてもよく、また形成された環にベンゼンなどの芳香族環が含まれていてもよい。具体的には以下の構造の基が挙げられる。
一般式(1)におけるXおよびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、前記N−ArのArは置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリールまたは置換されていてもよいアルキルであり、前記N−ArのArは連結基または単結合により前記A環、B環および/またはC環と結合していてもよく、連結基としては、−O−、−S−または>C(R)が好ましい。なお、前記「>C(R)」のRはそれぞれ独立して水素またはアルキルであり、このアルキルにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよい。この説明は一般式(2)におけるXおよびXでも同じである。
ここで、一般式(1)における「N−ArのArは連結基または単結合により前記A環、B環および/またはC環と結合している」との規定は、一般式(2)では「N−ArのArは−O−、−S−、>C(R)または単結合により前記a環、b環および/またはc環と結合している」との規定に対応する。
この規定は、下記式(2−3−1)で表される、XやXが縮合環B’および縮合環C’に取り込まれた環構造を有する化合物で表現できる。すなわち、例えば一般式(2)におけるb環(またはc環)であるベンゼン環に対してX(またはX)を取り込むようにして他の環が縮合して形成されるB’環(またはC’環)を有する化合物である。形成されてできた縮合環B’(または縮合環C’)は例えばフェノキサジン環、フェノチアジン環またはアクリジン環である。
また、上記規定は、下記式(2−3−2)や式(2−3−3)で表される、Xおよび/またはXが縮合環A’に取り込まれた環構造を有する化合物でも表現できる。すなわち、例えば一般式(2)におけるa環であるベンゼン環に対してX(および/またはX)を取り込むようにして他の環が縮合して形成されるA’環を有する化合物である。形成されてできた縮合環A’は例えばフェノキサジン環、フェノチアジン環またはアクリジン環である。
なお、下記式中のY、X、XおよびR〜R11は上記項3で定義するものと同じである。
一般式(1)のA環、B環およびC環である「アリール環」としては、例えば、炭素数6〜30のアリール環があげられ、炭素数6〜16のアリール環が好ましく、炭素数6〜12のアリール環がより好ましく、炭素数6〜10のアリール環が特に好ましい。なお、この「アリール環」は、一般式(2)で規定された「R〜R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に形成されたアリール環」に対応し、また、a環(またはb環、c環)がすでに炭素数6のベンゼン環で構成されているため、これに5員環が縮合した縮合環の合計炭素数9が下限の炭素数となる。
具体的な「アリール環」としては、単環系であるベンゼン環、二環系であるビフェニル環、縮合二環系であるナフタレン環、三環系であるテルフェニル環(m−テルフェニル、o−テルフェニル、p−テルフェニル)、縮合三環系である、アセナフチレン環、フルオレン環、フェナレン環、フェナントレン環、縮合四環系であるトリフェニレン環、ピレン環、ナフタセン環、縮合五環系であるペリレン環、ペンタセン環などがあげられる。
一般式(1)のA環、B環およびC環である「ヘテロアリール環」としては、例えば、炭素数2〜30のヘテロアリール環があげられ、炭素数2〜25のヘテロアリール環が好ましく、炭素数2〜20のヘテロアリール環がより好ましく、炭素数2〜15のヘテロアリール環がさらに好ましく、炭素数2〜10のヘテロアリール環が特に好ましい。また、「ヘテロアリール環」としては、例えば環構成原子として炭素以外に酸素、硫黄および窒素から選ばれるヘテロ原子を1ないし5個含有する複素環などがあげられる。なお、この「ヘテロアリール環」は、一般式(2)で規定された「R〜R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に形成されたヘテロアリール環」に対応し、また、a環(またはb環、c環)がすでに炭素数6のベンゼン環で構成されているため、これに5員環が縮合した縮合環の合計炭素数6が下限の炭素数となる。
具体的な「ヘテロアリール環」としては、例えば、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環、インドール環、イソインドール環、1H−インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、1H−ベンゾトリアゾール環、キノリン環、イソキノリン環、シンノリン環、キナゾリン環、キノキサリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、プリン環、プテリジン環、カルバゾール環、アクリジン環、フェノキサチイン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、フェナジン環、インドリジン環、フラン環、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、ジベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、フラザン環、オキサジアゾール環、チアントレン環などがあげられる。
上記「アリール環」または「ヘテロアリール環」における少なくとも1つの水素は、第1の置換基である、置換または無置換の「アリール」、置換または無置換の「ヘテロアリール」、置換または無置換の「ジアリールアミノ」、置換または無置換の「ジヘテロアリールアミノ」、置換または無置換の「アリールヘテロアリールアミノ」、置換または無置換の「アルキル」、置換または無置換の「アルコキシ」、置換または無置換の「アリールオキシ」、もしくは、ハロゲンで置換されていてもよいが、この第1の置換基としての「アリール」や「ヘテロアリール」、「ジアリールアミノ」のアリール、「ジヘテロアリールアミノ」のヘテロアリール、「アリールヘテロアリールアミノ」のアリールとヘテロアリール、また「アリールオキシ」のアリールとしては上述した「アリール環」または「ヘテロアリール環」の一価の基があげられる。
また第1の置換基としての「アルキル」としては、直鎖および分岐鎖のいずれでもよく、例えば、炭素数1〜24の直鎖アルキルまたは炭素数3〜24の分岐鎖アルキルがあげられる。炭素数1〜18のアルキル(炭素数3〜18の分岐鎖アルキル)が好ましく、炭素数1〜12のアルキル(炭素数3〜12の分岐鎖アルキル)がより好ましく、炭素数1〜6のアルキル(炭素数3〜6の分岐鎖アルキル)がさらに好ましく、炭素数1〜4のアルキル(炭素数3〜4の分岐鎖アルキル)が特に好ましい。
具体的なアルキルとしては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、t−ペンチル、n−ヘキシル、1−メチルペンチル、4−メチル−2−ペンチル、3,3−ジメチルブチル、2−エチルブチル、n−ヘプチル、1−メチルヘキシル、n−オクチル、t−オクチル、1−メチルヘプチル、2−エチルヘキシル、2−プロピルペンチル、n−ノニル、2,2−ジメチルヘプチル、2,6−ジメチル−4−ヘプチル、3,5,5−トリメチルヘキシル、n−デシル、n−ウンデシル、1−メチルデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、1−ヘキシルヘプチル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、n−ヘキサデシル、n−ヘプタデシル、n−オクタデシル、n−エイコシルなどがあげられる。
また第1の置換基としての「アルコキシ」としては、例えば、炭素数1〜24の直鎖または炭素数3〜24の分岐鎖のアルコキシがあげられる。炭素数1〜18のアルコキシ(炭素数3〜18の分岐鎖のアルコキシ)が好ましく、炭素数1〜12のアルコキシ(炭素数3〜12の分岐鎖のアルコキシ)がより好ましく、炭素数1〜6のアルコキシ(炭素数3〜6の分岐鎖のアルコキシ)がさらに好ましく、炭素数1〜4のアルコキシ(炭素数3〜4の分岐鎖のアルコキシ)が特に好ましい。
具体的なアルコキシとしては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシなどがあげられる。
また第1の置換基としての「ハロゲン」としては、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素が挙げられる。
第1の置換基である、置換または無置換の「アリール」、置換または無置換の「ヘテロアリール」、置換または無置換の「ジアリールアミノ」、置換または無置換の「ジヘテロアリールアミノ」、置換または無置換の「アリールヘテロアリールアミノ」、置換または無置換の「アルキル」、置換または無置換の「アルコキシ」、または、置換または無置換の「アリールオキシ」は、置換または無置換と説明されているとおり、それらにおける少なくとも1つの水素が第2の置換基で置換されていてもよい。この第2の置換基としては、例えば、アリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンがあげられ、それらの具体的なものは、上述した「アリール環」または「ヘテロアリール環」の一価の基、また第1の置換基としての「アルキル」や「ハロゲン」の説明を参照することができる。また、第2の置換基としてのアリールやヘテロアリールには、それらにおける少なくとも1つの水素がフェニルなどのアリール(具体例は上述したもの)やメチルなどのアルキル(具体例は上述したもの)で置換されたものも第2の置換基としてのアリールやヘテロアリールに含まれる。その一例としては、第2の置換基がカルバゾリル基の場合には、9位における少なくとも1つの水素がフェニルなどのアリールやメチルなどのアルキルで置換されたカルバゾリル基も第2の置換基としてのヘテロアリールに含まれる。
一般式(2)のR〜R11におけるアリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノのアリール、ジヘテロアリールアミノのヘテロアリール、アリールヘテロアリールアミノのアリールとヘテロアリール、アリールオキシのアリールまたはハロゲンとしては、一般式(1)で説明した「アリール環」または「ヘテロアリール環」の一価の基があげられる。また、R〜R11におけるアルキル、アルコキシまたはハロゲンとしては、上述した一般式(1)の説明における第1の置換基としての「アルキル」、「アルコキシ」または「ハロゲン」の説明を参照することができる。さらに、これらの基への置換基としてのアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンも同様である。また、R〜R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共にアリール環またはヘテロアリール環を形成した場合の、これらの環への置換基であるヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、アルコキシ、アリールオキシまたはハロゲン、および、さらなる置換基であるアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンについても同様である。
一般式(1)のXおよびXにおけるN−ArのArは上述した第2の置換基で置換されていてもよいアリール、ヘテロアリールまたはアルキルであり、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルにおける少なくとも1つの水素は例えばアルキルやハロゲンで置換されていてもよい。このアリール、ヘテロアリール、アルキルおよびハロゲンとしては上述するものがあげられる。特に炭素数6〜10のアリール(例えばフェニル、ナフチルなど)、炭素数2〜15のヘテロアリール(例えばカルバゾリルなど)、炭素数1〜4のアルキル(例えばメチル、エチルなど)が好ましい。この説明は一般式(2)におけるXおよびXでも同じである。
一般式(1)における連結基である「>C(R)」のRはそれぞれ独立して水素またはアルキルであり、このアルキルにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよいが、このアルキルやハロゲンとしては上述するものがあげられる。アルキルとしては特に炭素数1〜4のアルキル(例えばメチル、エチルなど)が好ましい。この説明は一般式(2)における連結基である「>C(R)」でも同じである。
また、本願発明は、一般式(1)で表される単位構造を複数有する多量体化合物、好ましくは、一般式(2)で表される単位構造を複数有する多量体化合物である。多量体化合物は、2〜6量体が好ましく、2〜3量体がより好ましく、2量体が特に好ましい。多量体化合物は、一つの化合物の中に上記単位構造を複数有する形態であればよく、例えば、上記単位構造が単結合、炭素数1〜3のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基などの連結基で複数結合した形態(例えば後述する式(1−1−223)、式(1−1−226)で表されるような化合物に対応)に加えて、上記単位構造に含まれる任意の環(A環、B環またはC環、a環、b環またはc環)を複数の単位構造で共有するようにして結合した形態であってもよく、また、上記単位構造に含まれる任意の環(A環、B環またはC環、a環、b環またはc環)同士が縮合するようにして結合した形態であってもよい。
このような多量体化合物としては、例えば、下記式(2−4)、式(2−4−1)、式(2−4−2)、式(2−5−1)〜式(2−5−4)または式(2−6)で表される多量体化合物が挙げられる。具体的には、例えば後述する式(1−1−224)、式(1−1−225)、式(1−1−227)、式(1−1−228)で表されるような化合物に対応する。下記式(2−4)で表される多量体化合物は、一般式(2)で説明すれば、a環であるベンゼン環を共有するようにして、複数の一般式(2)で表される単位構造を一つの化合物中に有する多量体化合物である。より具体的に、下記式(2−4−1)で表される多量体化合物は、一般式(2)で説明すれば、a環であるベンゼン環を共有するようにして、二つの一般式(2)で表される単位構造を一つの化合物中に有する多量体化合物であり、下記式(2−4−2)で表される多量体化合物は、一般式(2)で説明すれば、a環であるベンゼン環を共有するようにして、三つの一般式(2)で表される単位構造を一つの化合物中に有する多量体化合物である。また、下記式(2−5−1)〜式(2−5−4)で表される多量体化合物は、一般式(2)で説明すれば、b環(またはc環)であるベンゼン環を共有するようにして、複数の一般式(2)で表される単位構造を一つの化合物中に有する多量体化合物である。また、下記式(2−6)で表される多量体化合物は、一般式(2)で説明すれば、例えばある単位構造のb環(またはa環、c環)であるベンゼン環とある単位構造のb環(またはa環、c環)であるベンゼン環とが縮合するようにして、複数の一般式(2)で表される単位構造を一つの化合物中に有する多量体化合物である。なお、下記式中のY、X、XおよびR〜R11は上記項3で定義するものと同じである。
多量体化合物は、式(2−4)、式(2−4−1)または式(2−4−2)で表現される多量化形態と、式(2−5−1)〜式(2−5−4)のいずれかまたは式(2−6)で表現される多量化形態とが組み合わさった多量体化合物であってもよく、式(2−5−1)〜式(2−5−4)のいずれかで表現される多量化形態と、式(2−6)で表現される多量化形態とが組み合わさった多量体化合物であってもよく、式(2−4)、式(2−4−1)または式(2−4−2)で表現される多量化形態と式(2−5−1)〜式(2−5−4)のいずれかで表現される多量化形態と式(2−6)で表現される多量化形態とが組み合わさった多量体化合物であってもよい。
また、一般式(1)または(2)で表される化合物、もしくは、一般式(1)または(2)で表される構造を複数有する多量体化合物の化学構造中の水素は、その全てまたは一部が重水素であってもよい。
本発明のボロン酸およびボロン酸エステルのさらに具体的な例としては、以下の化合物が挙げられる。各式中、Bpinは−B(OH)がピナコールエステル化された基、Meはメチル基、Buはt−ブチル基、Prはイソプロピル基である。
上記例示中で、式(1−1−1)〜式(1−1−209)のいずれかで表される化合物、式(1−2−1)〜式(1−2−306)のいずれかで表される化合物、および式(1−3−1)〜式(1−3−466)のいずれかで表される化合物が好ましい。
3.一般式(1)等のボロン酸またはボロン酸エステルの製造方法
一般式(1)または(2)で表される化合物(ボロン酸またはボロン酸エステル)は、基本的には、A環(a環)とB環(b環)およびC環(c環)とを結合基(XおよびX)で結合させることで中間体を製造し(第1反応)、その後にY基を導入することで、まずボロン酸エステルを製造することができ、これを加水分解することでそのボロン酸を製造することができる。第1反応では、例えばエーテル化反応であれば、求核置換反応、ウルマン反応といった一般的反応が利用でき、アミノ化反応で有ればブッフバルト−ハートウィッグ反応といった一般的反応が利用できる。なお、以下に示す各スキーム中の構造式における符号は上記した定義と同じである。
第2反応は、下記スキーム(1)または(2)に示すように、上記第1反応で得られた中間体にYであるBpinのようなボロン酸エステルを導入する反応である。
上記スキーム(1)および(2)では、まず水素原子をn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウムまたはt−ブチルリチウム等でオルトメタル化することでリチオ化する。ここではn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウムまたはt−ブチルリチウム等を単独で用いる方法を示したが、反応性を向上させるためにN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンなどを添加してもよい。そして得られたリチオ化体に2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランのようなボロン酸エステル化反応剤を加えることで、ボロン酸のピナコールエステルを製造することができる。ここでは2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランを用いる方法を示したが、その他、トリメトキシボランやトリイソプロコキシボラン等も用いることができる。また、国際公開第2013/016185号公報に記載されている方法を応用して、4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランなども同様に用いることができる。
また、下記スキーム(3)または(4)で示すように、上記スキーム(1)または(2)の方法で製造したボロン酸エステルを加水分解することで、ボロン酸を製造することができる。
さらに、上記スキーム(1)〜(4)で得られたボロン酸エステルまたはボロン酸に適当なアルコールを作用させることで、エステル交換または再エステル化を経て、異なるボロン酸エステルを製造することができる。
なお、上記スキーム(1)および(2)は、一般式(1)または(2)で表されるボロン酸エステルの製造方法を示しているが、一般式(1)または(2)で表される構造を複数有する多量体化合物については、複数のA環(a環)、B環(b環)およびC環(c環)を有する中間体を用いることで製造することができる。詳細には下記スキーム(5)〜(7)で説明する。この場合、使用するブチルリチウム等の試薬の量を2倍量、3倍量等とすることで2量体化合物、3量体化合物等の目的物を得ることができる。
上記スキーム(5)〜(7)ではボロン酸エステルの多量体化合物の製造方法を示したが、そのボロン酸体は上記スキーム(4)に従って加水分解で製造することができ、また異なるエステル体もアルコールを使用したエステル交換や再エステル化を経て製造することができる。
上述の合成法を適宜選択し、使用する原料も適宜選択することで、所望の位置に置換基を有するボロン酸またはボロン酸エステルを合成することができる。
上記スキーム(1)〜(7)においては、オルトメタル化により所望の位置へリチウムを導入したが、下記スキーム(8)または(9)のようにリチウムを導入したい位置に臭素原子等のハロゲンを導入し、ハロゲン−メタル交換によっても所望の位置へリチウムを導入することができる。そして得られたリチオ化体からボロン酸エステルを製造することができる。
上記スキーム(8)および(9)では、まずハロゲン原子をn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウムまたはt−ブチルリチウム等でハロゲン−リチウム交換反応をすることでリチオ化する。ここではn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウムまたはt−ブチルリチウム等を単独で用いる方法を示したが、反応性を向上させるためにN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンなどを添加してもよい。そして得られたリチオ化体に2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランのようなボロン酸エステル化反応剤を加えることで、ボロン酸のピナコールエステルを製造することができる。ここでは2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランを用いる方法を示したが、その他、トリメトキシボランやトリイソプロコキシボラン等も用いることができる。また国際公開第2013/016185号公報に記載されている方法を応用して、4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロランなども同様に用いることができる。
なお、上記スキーム(8)および(9)は、一般式(1)または(2)で表されるボロン酸エステルの製造方法を示しているが、そのようにして得られたボロン酸エステルを加水分解することで、ボロン酸を製造することができる(上記スキーム(3)または(4)を参照)。また、これらのボロン酸エステルやボロン酸に適当なアルコールを作用させることで、エステル交換または再エステル化を経て、異なるボロン酸エステルを製造することができる。さらに、一般式(1)または(2)で表される構造を複数有する多量体化合物についても、複数のA環(a環)、B環(b環)およびC環(c環)を有する中間体を用いることで製造することができる(上記スキーム(5)〜(7)を参照)。
また、下記スキーム(10)または(11)に示すように、ブロモ化体とビス(ピナコラート)ジボロンまたは4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン等とを、パラジウム触媒および塩基を用いてカップリング反応させることによっても、同様にボロン酸エステルを合成することができる。
なお、上記スキーム(10)および(11)は、一般式(1)または(2)で表されるボロン酸エステルの製造方法を示しているが、そのようにして得られたボロン酸エステルを加水分解することで、ボロン酸を製造することができる(上記スキーム(3)または(4)を参照)。また、これらのボロン酸エステルやボロン酸に適当なアルコールを作用させることで、エステル交換または再エステル化を経て、異なるボロン酸エステルを製造することができる。さらに、一般式(1)または(2)で表される構造を複数有する多量体化合物についても、複数のA環(a環)、B環(b環)およびC環(c環)を有する中間体を用いることで製造することができる(上記スキーム(5)〜(7)を参照)。
これまで説明してきたスキームにおけるハロゲン−メタル交換反応で使用されるメタル化試薬としては、メチルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム等のアルキルリチウム、塩化イソプロピルマグネシウム、臭化イソプロピルマグネシウム、塩化フェニルマグネシウム、臭化フェニルマグネシウムおよびターボグリニャール試薬として知られている、塩化イソプロピルマグネシウムの塩化リチウム錯体などが挙げられる。
また、これまで説明してきたスキームにおけるオルトメタル交換反応で使用されるメタル化試薬としては、上記の試薬に加えて、リチウムジイソプロピルアミド、リチウムテトラメチルピペリジド、リチウムヘキサメチルジシラジド、カリウムヘキサメチルジシラジド、塩化リチウムテトラメチルピペリジニルマグネシウム・塩化リチウム錯体、トリ−n−ブチルマグネシウム酸リチウムなどの有機アルカリ化合物が挙げられる。
さらに、メタル化試薬としてアルキルリチウムを使用する場合に反応を促進させる添加剤としては、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、N,N−ジメチルプロピレン尿素などが挙げられる。
また、本発明のボロン酸またはボロン酸エステルには、少なくとも一部の水素原子が重水素で置換されているものやフッ素や塩素などのハロゲンで置換されているものも含まれるが、このような化合物などは所望の箇所が重水素化、フッ素化または塩素化された原料を用いることで、上記と同様に合成することができる。
4.一般式(1)のボロン酸等からの多環芳香族化合物の製造方法
次に、一般式(1)等で表されるボロン酸またはボロン酸エステルを用いて、多環芳香族化合物および多環芳香族多量体化合物を製造する方法について説明する。なお、以下に示す各スキーム中の構造式における符号は上記した定義と同じである。
下記スキーム(12)または(13)において、一般式(1)等で表されるボロン酸またはボロン酸エステルに塩化アルミニウムのようなルイス酸を反応させることで、多環芳香族化合物を製造することができる。
また、p−トルエンスルホン酸のようなブレンステッド酸も用いることができる。特にルイス酸を用いて反応を行う場合には、選択率や収率を向上させるためにジイソプロピルエチルアミンなどの塩基を加えてもよい。
また、下記スキーム(14)〜(16)に示された方法により、一般式(1)または(2)で表される構造を複数有する多量体化合物を用いて、多環芳香族多量体化合物を製造することもできる。この場合、多量体化合物の構造に応じて使用する塩化アルミニウム等の試薬の量を2倍量、3倍量等とすることで2量体化合物、3量体化合物等の目的物を得ることができる。
上記スキーム(12)〜(16)で使用するルイス酸としては、AlCl、AlBr、AlF、BF・OEt、BCl、BBr、GaCl、GaBr、InCl、InBr、In(OTf)、SnCl、SnBr、AgOTf、ScCl、Sc(OTf)、ZnCl、ZnBr、Zn(OTf)、MgCl、MgBr、Mg(OTf)、LiOTf、NaOTf、KOTf、MeSiOTf、Cu(OTf)、CuCl、YCl、Y(OTf)、TiCl、TiBr、ZrCl、ZrBr、FeCl、FeBr、CoCl、CoBrなどが挙げられる。また、これらのルイス酸を固体に担持したものも同様に使用することができる。
上記スキーム(12)〜(16)で使用するブレンステッド酸としては、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、フルオロスルホン酸、カルボラン酸、トリフルオロ酢酸、(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メタン、塩化水素、臭化水素、フッ化水素などが挙げられる。また固体ブレンステッド酸としてアンバーリスト(商品名:ダウ・ケミカル)、ナフィオン(商品名:デュポン)、ゼオライト、テイカキュア(商品名:テイカ株式会社)などが挙げられる。
上記スキーム(12)〜(16)で加えても良いアミンとしては、ジイソプロピルエチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、N,N−ジメチル−p−トルイジン、N,N−ジメチルアニリン、ピリジン、2,6−ルチジン、2,6−ジ−t−ブチルアミンなどが挙げられる。
また上記スキーム(12)〜(16)で使用する溶媒としては、o−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン、トルエン、ベンゼン、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエチレン、ベンゾトリフルオリド、デカリン、シクロヘキサン、ヘキサン、ヘプタン、1,2,4−トリメチルベンゼン、キシレン、ジフェニルエーテル、アニソール、シクロペンチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メチル−t−ブチルエーテルなどが挙げられる。
5.有機デバイス
本発明で製造される多環芳香族化合物および多環芳香族多量体化合物は、有機デバイス用材料として用いることができる。有機デバイスとしては、例えば、有機電界発光素子、有機電界効果トランジスタまたは有機薄膜太陽電池などがあげられる。
5−1.有機電界発光素子
本発明で製造される多環芳香族化合物および多環芳香族多量体化合物は、有機電界発光素子の各層を構成する材料として用いることができる。以下に、本実施形態に係る有機EL素子について図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る有機EL素子を示す概略断面図である。
図1に示された有機電界発光素子100は、基板101と、基板101上に設けられた陽極102と、陽極102の上に設けられた正孔注入層103と、正孔注入層103の上に設けられた正孔輸送層104と、正孔輸送層104の上に設けられた発光層105と、発光層105の上に設けられた電子輸送層106と、電子輸送層106の上に設けられた電子注入層107と、電子注入層107の上に設けられた陰極108とを有する。
なお、有機電界発光素子100は、作製順序を逆にして、例えば、基板101と、基板101上に設けられた陰極108と、陰極108の上に設けられた電子注入層107と、電子注入層107の上に設けられた電子輸送層106と、電子輸送層106の上に設けられた発光層105と、発光層105の上に設けられた正孔輸送層104と、正孔輸送層104の上に設けられた正孔注入層103と、正孔注入層103の上に設けられた陽極102とを有する構成としてもよい。
上記各層すべてがなくてはならないわけではなく、最小構成単位を陽極102と発光層105と陰極108とからなる構成として、正孔注入層103、正孔輸送層104、電子輸送層106、電子注入層107は任意に設けられる層である。また、上記各層は、それぞれ単一層からなってもよいし、複数層からなってもよい。
有機電界発光素子を構成する各層は、各層を構成すべき材料を蒸着法、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、印刷法、スピンコート法またはキャスト法、コーティング法などの方法で薄膜とすることにより、形成することができる。このようにして形成された各層の膜厚については特に限定はなく、材料の性質に応じて適宜設定することができるが、通常2nm〜5000nmの範囲である。膜厚は通常、水晶発振式膜厚測定装置などで測定できる。蒸着法を用いて薄膜化する場合、その蒸着条件は、材料の種類、膜の目的とする結晶構造および会合構造などにより異なる。蒸着条件は一般的に、ボート加熱温度+50〜+400℃、真空度10−6〜10−3Pa、蒸着速度0.01〜50nm/秒、基板温度−150〜+300℃、膜厚2nm〜5μmの範囲で適宜設定することが好ましい。
このようにして得られた有機電界発光素子に直流電圧を印加する場合には、陽極を+、陰極を−の極性として印加すればよく、電圧2〜40V程度を印加すると、透明または半透明の電極側(陽極または陰極、および両方)より発光が観測できる。また、この有機電界発光素子は、パルス電流や交流電流を印加した場合にも発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
5−2.有機電界効果トランジスタ
本発明で製造される多環芳香族化合物および多環芳香族多量体化合物は、有機電界効果トランジスタを構成する材料として用いることができる。有機電界効果トランジスタは、電圧入力によって発生させた電界により電流を制御するトランジスタのことであり、ソース電極とドレイン電極の他にゲート電極が設けられている。ゲート電極に電圧を印加すると電界が生じ、ソース電極とドレイン電極間を流れる電子(あるいはホール)の流れを任意にせき止めて電流を制御することができるものである。電界効果トランジスタは、単なるトランジスタ(バイポーラトランジスタ)に比べて小型化が容易であり、集積回路などを構成する素子としてよく用いられている。
有機電界効果トランジスタの構造は、通常、本発明で製造される多環芳香族化合物および多環芳香族多量体化合物を用いて形成される有機半導体活性層に接してソース電極及びドレイン電極が設けられており、さらに有機半導体活性層に接した絶縁層(誘電体層)を挟んでゲート電極が設けられていればよい。その素子構造としては、例えば以下の構造があげられる。
(1)基板/ゲート電極/絶縁体層/ソース電極・ドレイン電極/有機半導体活性層
(2)基板/ゲート電極/絶縁体層/有機半導体活性層/ソース電極・ドレイン電極
(3)基板/有機半導体活性層/ソース電極・ドレイン電極/絶縁体層/ゲート電極
(4)基板/ソース電極・ドレイン電極/有機半導体活性層/絶縁体層/ゲート電極
このように構成された有機電界効果トランジスタは、アクティブマトリックス駆動方式の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの画素駆動スイッチング素子等として適用できる。
5−3.有機薄膜太陽電池
本発明で製造される多環芳香族化合物および多環芳香族多量体化合物は、有機薄膜太陽電池を構成する材料として用いることができる。有機薄膜太陽電池は、ガラスなどの透明基板上にITOなどの陽極、ホール輸送層、光電変換層、電子輸送層、陰極が積層された構造を有する。光電変換層は陽極側にp型半導体層を有し、陰極側にn型半導体層を有している。本発明で製造される多環芳香族化合物および多環芳香族多量体化合物は、その物性に応じて、ホール輸送層、p型半導体層、n型半導体層、電子輸送層の材料として用いることが可能である。本発明で製造される多環芳香族化合物および多環芳香族多量体化合物は、有機薄膜太陽電池においてホール輸送材料や電子輸送材料として機能しうる。有機薄膜太陽電池は、上記の他にホールブロック層、電子ブロック層、電子注入層、ホール注入層、平滑化層などを適宜備えていてもよい。有機薄膜太陽電池には、有機薄膜太陽電池に用いられる既知の材料を適宜選択して組み合わせて用いることができる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。まず、ボロン酸またはボロン酸エステルの合成例について、以下に説明する。
合成例(1):化合物(1−1−98)の合成
中間体1(15g)およびトルエン(300ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下で、70℃まで昇温し中間体1を完全に溶解させた。フラスコを−20℃まで冷却した後、テトラメチルエチレンジアミン(20.8g)、1.00Mのsec−ブチルリチウムのシクロヘキサンおよびn−ヘキサン混合溶液(89ml)を加えた。0℃まで昇温し、3時間撹拌した後、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(33.3g)を加え、1時間還流した。水およびトルエンを加え分液し、有機層の溶媒を減圧留去した。得られた固体をソルミックスA−11(商品名:日本アルコール販売株式会社)を用いて洗浄した後、トルエンに溶解させ、0℃で1時間放置した。析出した沈殿をろ別し、ろ液をシリカゲルカラム(溶離液:トルエン/ヘプタン=1/5混合溶媒(容量比))に通した。溶媒を留去した後、酢酸エチルおよびソルミックスA−11の混合溶媒で再沈殿させることで白色固体として式(1−1−98)で表される化合物(9.5g)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=7.18〜7.16(m,8H)、7.05〜7.02(m,4H)、6.95〜6.92(m,12H)、6.86〜6.84(m,2H)、6.44(s,2H)、1.27(s,36H)、0.54(s,12H).
合成例(2):化合物(1−3−139)の合成
1−ブロモ−2,6−ジフルオロベンゼン(85.4g)、フェノール(100g)、炭酸カリウム(244.7g)およびN−メチル−2−ピロリドン(NMP,300ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下で、180℃まで昇温し22時間撹拌した。反応終了後、150℃で炭酸カリウムをろ別し、ろ液の溶媒を減圧留去した。得られた固体をトルエンに溶解させ、シリカゲルショートパスカラム(溶離液:トルエン)に通した。溶媒を減圧留去した後、得られた固体をヘプタンで洗浄することで白色固体として中間体2(126.6g)を得た。
中間体2(103g)およびテトラヒドロフラン(500ml)の入ったフラスコに、窒素雰囲気下で、1.29Mの塩化イソプロピルマグネシウム・塩化リチウム錯体のテトラヒドロフラン溶液(351ml)を室温で加えた。1時間撹拌した後、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(65.7g)を加え、室温で2時間撹拌した。3%希塩酸(1L)およびトルエン(500ml)を加えて分液し、有機層を抽出した。溶媒を減圧留去した後、得られた固体をトルエンに溶解させ、シリカゲルカラム(溶離液:トルエン)に通した。溶媒を留去させることで白色固体として式(1−3−139)で表される化合物(109g)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=7.31〜7.25(m,6H)、7.05〜6.98(m,5H)、6.71(d,2H)、1.08(s,12H).
合成例(3):化合物(1−3−252)の合成
国際公開第2015/102118号公報記載の方法で合成した中間体3(40g)およびテトラヒドロフラン(200ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下で、−20℃まで冷却した後、1.6Mのn−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(60ml)を加え、0℃で2時間撹拌した。再び−20℃まで冷却した後、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(22.2g)を加え、室温まで昇温しながら1時間室温撹拌した。トルエンおよび希塩酸を加えて分液し、有機層の溶媒を減圧留去した。得られた固体をトルエンおよびヘプタンの混合溶媒で再沈殿させることで白色固体として式(1−3−252)で表される化合物(33.3g)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=8.13(d,2H)、7.69(d,2H)、7.57(d,2H)、7.40〜7.39(m,4H)、7.36〜7.33(m,4H)7.29〜7.26(m,2H)7.09〜7.07(m,6H)1.11(s,12H).
合成例(4):化合物(1−3−386)の合成
窒素雰囲気下、4−メトキシサリチル酸メチル(50.0g)、ピリジン(脱水)(350ml)の入ったフラスコを、氷浴で冷却した。次いで、トリフルオロメタンスルホン酸無水物(154.9g)をこの溶液に滴下した。滴下終了後に氷浴を外し、室温で2時間撹拌し、水を加えて反応を停止した。トルエンを加えて分液した後、シリカゲルショートパスカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製することで、メチル 4−メトキシ−2−(((トリフルオロメチル)スルホニル)オキシ)ベンゾアート(86.0g)を得た。
窒素雰囲気下、メチル 4−メトキシ−2−(((トリフルオロメチル)スルホニル)オキシ)ベンゾアート(23.0g)、(4−(ジフェニルアミノ)フェニル)ボロン酸(25.4g)、リン酸三カリウム(31.1g)、トルエン(184ml)、エタノール(27.6ml)および水(27.6ml)の懸濁溶液に、Pd(PPh(2.5g)を加え、還流温度で3時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、水およびトルエンを加えて分液し、有機層の溶媒を減圧留去した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘプタン/トルエン混合溶媒)で精製し、メチル 4’−(ジフェニルアミノ)−5−メトキシ−[1,1’−ビフェニル]−2−カルボキシラート(29.7g)を得た。この際、「有機化学実験のてびき(1)−物質取扱法と分離精製法−」株式会社化学同人出版、94頁に記載の方法を参考にして、溶離液中のトルエンの比率を徐々に増加させて目的物を溶出させた。
窒素雰囲気下、メチル 4’−(ジフェニルアミノ)−5−メトキシ−[1,1’−ビフェニル]−2−カルボキシラート(11.4g)を溶解したTHF(111.4ml)溶液を水浴で冷却し、その溶液に、メチルマグネシウムブロミドTHF溶液(1.0M、295ml)を滴下した。滴下終了後、水浴を外して還流温度まで昇温して4時間撹拌した。その後、氷浴で冷却し、塩化アンモニウム水溶液を加えて反応を停止し、酢酸エチルを加えて分液した後、溶媒を減圧留去した。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製し、2−(5’−(ジフェニルアミノ)−5−メトキシ−[1,1’−ビフェニル]−2−イル)プロパン−2−オール(8.3g)を得た。
窒素雰囲気下、2−(5’−(ジフェニルアミノ)−5−メトキシ−[1,1’−ビフェニル]−2−イル)プロパン−2−オール(27.0g)、TAYCACURE−15(商品名:テイカ株式会社)(13.5g)およびトルエン(162ml)の入ったフラスコを還流温度で2時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、シリカゲルショートパスカラム(溶離液:トルエン)を通過させることで、TAYCACURE−15を除去した。その後、溶媒を減圧留去することで、6−メトキシ−9,9’−ジメチル−N,N−ジフェニル−9H−フルオレン−2−アミン(25.8g)を得た。
窒素雰囲気下、6−メトキシ−9,9’−ジメチル−N,N−ジフェニル−9H−フルオレン−2−アミン(25.0g)、ピリジン塩酸塩(36.9g)およびNMP(22.5ml)の入ったフラスコを還流温度で6時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、水および酢酸エチルを加えて分液した。溶媒を減圧留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製することで、7−(ジフェニルアミノ)−9,9’−ジメチル−9H−フルオレン−3−オール(22.0g)を得た。
窒素雰囲気下、7−(ジフェニルアミノ)−9,9’−ジメチル−9H−フルオレン−3−オール(14.1g)、2−ブロモ−1,3−ジフルオロベンゼン(3.6g)、炭酸カリウム(12.9g)およびNMP(30ml)の入ったフラスコを、還流温度で5時間加熱撹拌した。反応停止後、反応液を室温まで冷却し、水を加えて析出した沈殿物を吸引ろ過にて採取した。得られた沈殿物を水、次いでメタノールで洗浄した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:へプタン/トルエン混合溶媒)で精製して、6,6’−((2−ブロモ−1,3−フェニレン)ビス(オキシ))ビス(9,9−ジメチル−N,N−ジフェニル−9H−フルオレン−2−アミン)(12.6g)を得た。この際、溶離液中のトルエンの比率を徐々に増加させて目的物を溶出させた。
中間体4(25g)およびテトラヒドロフラン(250ml)の入ったフラスコを窒素雰囲気下で、70℃まで昇温し中間体4を完全に溶解させた。フラスコを氷浴に浸し、5℃まで冷却した後、1.28Mの塩化イソプロピルマグネシウム・塩化リチウム錯体のテトラヒドロフラン溶液(65ml)を加えた。室温まで昇温し、3時間撹拌した後、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(15.4g)を加え、1時間室温で撹拌した。3%希塩酸(100ml)およびトルエン(100ml)を加えて分液し、有機層の溶媒を減圧留去した。得られた固体をトルエンに再溶解させ、シリカゲルカラム(溶離液:トルエン)に通した。溶媒を留去した後、粗精製物をテトラヒドロフランおよびソルミックスA−11を用いて再沈殿させることで白色固体として式(1−3−386)で表される化合物(19.6g)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=7.49(d,2H)、7.30〜7.22(m,13H)、7.17(d,2H)、7.13〜7.11(m,8H)、7.03〜6.99(m,6H)、6.93(dd,2H)、6.67(d,2H)、1.39(s,12H)、1.14(s,12H).
合成例(5):化合物(1−3−439)の合成
1−ブロモ−2,6−ジフルオロベンゼン(62.5g)、3−クロロフェノール(100g)、炭酸カリウム(179.2g)およびNMP(300ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下で、180℃まで昇温し15時間撹拌した。反応終了後、炭酸カリウムをろ別し、ろ液の溶媒を減圧留去した。得られた固体にトルエンおよび水を加え、有機層を抽出した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させた後、シリカゲルショートパスカラム(溶離液:トルエン)に通した。溶媒を減圧留去した後、得られた固体をヘプタンで洗浄することで淡桃色固体として中間体5(105.3g)を得た。
中間体5(30g)およびテトラヒドロフラン(500ml)の入ったフラスコに、窒素雰囲気下で、1.29Mの塩化イソプロピルマグネシウム・塩化リチウム錯体のテトラヒドロフラン溶液(68ml)を室温で加えた。2時間撹拌した後、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(24.5g)を加え、室温で2時間撹拌した。反応終了後、反応混合液に3%希塩酸(200ml)およびトルエン(200ml)を加えて分液し、有機層を抽出した。溶媒を減圧留去した後、得られた固体をトルエンに溶解させ、シリカゲルカラム(溶離液:トルエン)に通した。溶媒を留去させることで白色固体として式(1−3−439)で表される化合物(29.6g)を得た。
LC−MS測定により得られた化合物の構造を確認した。なお、測定時に使用した溶媒がメタノールであるため、測定結果ではボロン酸エステル化合物にメタノールが付加した付加体の質量が得られた。
MS(ACPI) m/z=488(M+MeOH)
合成例(6):化合物(1−2−340)の合成
窒素雰囲気下、7−(ジフェニルアミノ)−9,9’−ジメチル−9H−フルオレン−3−オール(100g)、1−ブロモ−2−クロロ−3−フルオロベンゼン(58.3g)、炭酸カリウム(91.5g)およびNMP(500ml)の入ったフラスコを、還流温度で4時間加熱撹拌した。反応停止後、反応液を室温まで冷却し、水を加えて析出した沈殿物を吸引ろ過にて採取した。得られた沈殿物を水、次いでメタノールで洗浄した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製して、中間体化合物の6−(3−ブロモ−2−クロロフェノキシ)−9,9−ジメチル−N,N−ジフェニル−9H−フルオレン−2−アミン)(150g)を得た。
窒素雰囲気下、6−(3−ブロモ−2−クロロフェノキシ)−9,9−ジメチル−N,N−ジフェニル−9H−フルオレン−2−アミン)(40g)、ジフェニルアミン(12.5g)、パラジウム触媒として、ビス(ジt−ブチル(4−ジメチルアミノフェニル)ホスフィン)ジクロロパラジウム(1.5g)、ナトリウム−t−ブトキシド(17.0g)およびキシレン(200ml)の入ったフラスコを加熱し、85℃で2時間攪拌した。反応液を室温まで冷却した後、水およびトルエンを加え分液し、有機層の溶媒を減圧留去した。得られた固体をソルミックスA−11(商品名:日本アルコール販売株式会社)を用いて数回洗浄した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン/ヘプタン=1/2(容量比))で精製し、中間体6で表される化合物(35.6g)を得た。
中間体6(18.9g)およびトルエン(150ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下で70℃まで昇温して、完全に溶解させた。フラスコを0℃まで冷却した後、2.6Mのn−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(14.4ml)を加えた。65℃まで昇温し、3時間撹拌した。その後、フラスコを−10℃まで冷却し、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(13.4g)を加え、室温で2時間攪拌した。水およびトルエンを加え分液し、有機層をNH2シリカゲルショートカラム(溶離液:トルエン)に通した。溶媒を減圧留去した後、式(1−2−340)で表される化合物(22.0g)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=7.49(d,1H)、7.30〜7.08(m,19H)、7.04〜6.99(m,6H)、6.94(dd,1H)、6.77(d,1H)、6.73(d,1H)、1.39(s,6H)、0.93(s,12H).
合成例(7):化合物(1−2−343)の合成
窒素雰囲気下、6−(3−ブロモ−2−クロロフェノキシ)−9,9−ジメチル−N,N−ジフェニル−9H−フルオレン−2−アミン)(60g)、ビス(4−t−ブチルフェニル)アミン(29.8g)、パラジウム触媒として、ビス(ジt−ブチル(4−ジメチルアミノフェニル)ホスフィン)ジクロロパラジウム(2.2g)、ナトリウム−t−ブトキシド(25.4g)およびキシレン(300ml)の入ったフラスコを加熱し、85℃で2時間攪拌した。反応液を室温まで冷却した後、水およびトルエンを加え分液し、有機層の溶媒を減圧留去した。得られた固体をソルミックスA−11(商品名:日本アルコール販売株式会社)を用いて数回洗浄した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製し、中間体7(66.2g)を得た。
中間体7(2.5g)およびキシレン(20ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下で70℃まで昇温して、完全に溶解させた。フラスコを0℃まで冷却した後、2.6Mのn−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(3.1ml)を加えた。65℃まで昇温し、3時間撹拌した。その後、フラスコを−10℃まで冷却し、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(3.0g)を加え、室温で2時間攪拌した。水およびトルエンを加え分液し、有機層をNH2シリカゲルショートパスカラム(溶離液:トルエン)に通した。溶媒を減圧留去した後、式(1−2−343)で表される化合物(2.7g)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=7.49(d,1H)、7.29〜7.10(m,15H)、7.01(d,8H)、6.93(dd,1H)、6.75(d,1H)、6.69(d,1H)、1.39(s,6H)、1.28(s,18H)、0.96(s,12H).
原料の化合物を適宜変更することにより、上述した合成例に準じた方法で、本発明の他のボロン酸またはボロン酸エステルを合成することができる。
次に、ボロン酸またはボロン酸エステルから多環芳香族化合物を製造する例について説明する。
[実施例1]
<化合物(1−1−98)を用いた多環芳香族化合物Aの合成>
化合物(1−1−98)(8.7g)、塩化アルミニウム(12.5g)、N,N−ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)(6.0g)およびクロロベンゼン(44ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下、120℃で1時間撹拌した。室温まで冷却した反応混合液を氷水(200ml)に注ぎ、トルエンを加え有機層を抽出した。有機層の溶媒を減圧留去し得られた固体をクロロホルムに溶解させ、シリカゲルショートパスカラム(溶離液:トルエン)に通した。溶媒を減圧留去して得られた粗精製物をシクロペンチルメチルエーテルおよびソルミックスA−11を用いて再沈殿させることで、黄色固体として多環芳香族化合物A(6.2g、収率70%)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=8.95(d,2H)、7.45(dd,6H)、7.13(d,4H)、7.08−7.04(m,4H)、6.95−6.88(m,6H)、6.75(d,2H)、5.56(s,2H)、1.46(s,18H)、1.33(s,18H).
[実施例2]
<化合物(1−3−139)を用いた多環芳香族化合物Bの合成>
化合物(1−3−139)(22.8g)、塩化アルミニウム(23.5g)およびクロロベンゼン(230ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下、130℃で2時間撹拌した。室温まで冷却した反応混合液を0℃の氷水(1L)に注ぎ、トルエン(500ml)を加え有機層を抽出した。有機層の溶媒を減圧留去して得られた固体をソルミックスA−11(500ml)を用いて洗浄することで、淡黄色固体として多環芳香族化合物B(14.2g、収率60%)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=8.69(dd,2H)、7.79(t,1H)、7.70(ddd,2H)、7.54(dt,2H)、7.38(ddd,2H)、7.22(d,2H).
[実施例3]
<化合物(1−3−252)を用いた多環芳香族化合物Cの合成>
化合物(1−3−252)(124g)、塩化アルミニウム(131.3g)およびトルエン(620ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下、90℃で1時間撹拌した。室温まで冷却した反応混合液を5℃の酢酸ナトリウム水溶液に注ぎ、有機層を抽出した。溶媒を減圧留去して得られた粗生成物をo−ジクロロベンゼンおよび酢酸エチルを用いて再沈澱させることで、黄色固体として多環芳香族化合物C(91g、収率63%)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=8.73(d,2H)、8.17(d,2H)、8.01(d,2H)、7.74(m,4H)、7.60(d,2H)、7.58(s,2H)、7.53(d,2H)、7.40−7.48(m,4H)、7.32(t,2H).
[実施例4]
<化合物(1−3−386)を用いた多環芳香族化合物Dの合成>
化合物(1−3−386)(32g)、塩化アルミニウム(44.7g)、N,N−ジメチルパラトルイジン(4.53g)およびトルエン(170ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下、85℃で10時間撹拌した。室温まで冷却した反応混合液を0℃の0.2Mのエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム水溶液(200ml)に注ぎ、トルエンを加え有機層を抽出した。有機層の溶媒を減圧留去して得られた固体をクロロホルムに溶解させ、シリカゲルカラム(溶離液:クロロホルム/ヘプタン=1/10混合溶媒(容量比))に通した。溶媒を減圧留去して得られた粗精製物をトルエンおよびアセトンの混合溶媒を用いて洗浄した後、シクロペンチルメチルエーテルを用いて再結晶させることで、黄色固体として多環芳香族化合物D(24.9g、収率77%)を得た。
NMR測定により得られた多環芳香族化合物Dの構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=8.64(s,2H)、7.75(m,3H)、7.69(d,2H)、7.30(t,8H)、7.25(s,2H)、7.20(m,10H)、7.08(m,6H)、1.58(s,12H).
[実施例5]
<化合物(1−3−439)を用いた多環芳香族化合物Eの合成>
化合物(1−3−439)(29.5g)、塩化アルミニウム(25.8g)およびクロロベンゼン(290ml)の入ったフラスコを、窒素雰囲気下、110℃で2時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却した反応混合液を0℃の氷水(1L)に注ぎ、トルエン(500ml)を加え有機層を抽出した。有機層の溶媒を減圧留去して得られた固体をソルミックスA−11(500ml)を用いて洗浄することで、淡黄色固体として多環芳香族化合物E(12.3g、収率41%)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=8.51(dd,2H)、7.81(t,1H)、7.56(d,2H)、7.36(dd,2H)、7.38(m,2H).
[実施例6]
<化合物(1−2−340)を用いた多環芳香族化合物Fの合成>
化合物(1−2−340)(21.5g)およびトルエン(215ml)の入ったフラスコに塩化アルミニウム(19.2g)およびN,N−ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)(3.7g)を加え、3時間還流した。その後、室温まで冷却した反応混合液を氷水(250ml)に注ぎ、トルエンを加え有機層を抽出した。有機層の溶媒を減圧留去し得られた固体をNH2シリカゲルでショートカラム精製(溶離液:トルエン/ヘプタン=1/4(容量比))を行った後、メタノールで数回再沈殿した。得られた粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶離液:トルエン/ヘプタン=1/2(容量比))を行い、黄色固体として多環芳香族化合物F(15.5g、収率71%)を得た。
NMR測定により得られた化合物の構造を確認した。
H−NMR(400MHz,CDCl):δ=8.94(dd,1H)、8.70(s,1H)、7.74〜7.69(m,4H)、7.62(t,1H)、7.53〜7.47(m,2H)、7.38(dd,2H)、7.33〜7.28(m,5H)、7.24(d,1H)、7.18(dd,4H)、7.09〜7.05(m,4H)、6.80(d,1H)、6.30(d,1H)、1.58(s,6H).
[比較例1]
<前駆体の臭化物と三臭化ホウ素を用いた多環芳香族化合物Dの合成>
窒素雰囲気下、前駆体の臭化物である中間体4(11.0g)およびキシレン(60.5ml)の入ったフラスコを−40℃まで冷却し、2.6Mのn−ブチルリチウムヘキサン溶液(5.1ml)を滴下した。滴下終了後、この温度で0.5時間撹拌した後、60℃まで昇温して3時間撹拌した。その後、反応液を減圧して低沸点の成分を留去した後、−40℃まで冷却して三臭化ホウ素(4.3g)を加えた。室温まで昇温して0.5時間撹拌した後、0℃まで冷却してN,N−ジイソプロピルエチルアミン(3.8g)を添加し、125℃で8時間加熱撹拌した。反応液を室温まで冷却し、酢酸ナトリウム水溶液を加えて反応を停止させた後、トルエンを加えて分液した。有機層をシリカゲルショートパスカラム、次いでシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:へプタン/トルエン=4/1混合溶媒(容量比))、更に活性炭カラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製し、多環芳香族化合物D(1.2g、収率12%)を得た。
[比較例2]
<前駆体の塩化物と三臭化ホウ素を用いた多環芳香族化合物Fの合成>
窒素雰囲気下、前駆体の塩化物である中間体6(5.0g)およびキシレン(100ml)の入ったフラスコを−40℃まで冷却し、2.6Mのs−ブチルリチウムヘキサン溶液(9.3ml)を滴下した。滴下終了後、この温度で0.5時間撹拌した後、60℃まで昇温して3時間撹拌した。その後、反応液を減圧して低沸点の成分を留去した後、−40℃まで冷却して三臭化ホウ素(7.1g)を加えた。室温まで昇温して0.5時間撹拌した後、0℃まで冷却してN,N−ジイソプロピルエチルアミン(2.6g)を添加し、125℃で8時間加熱撹拌した。反応液を室温まで冷却し、酢酸ナトリウム水溶液を加えて反応を停止させた後、トルエンを加えて分液した。有機層をシリカゲルショートパスカラム、次いでシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:へプタン/トルエン=4/1混合溶媒(容量比))、更に活性炭カラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製し、多環芳香族化合物F(0.8g、収率16%)を得た。
上記実施例1〜6および比較例1〜2の結果をまとめて表1に示した。
本発明のボロン酸またはボロン酸エステルは極めて安定性が高いため、酸との反応においても高反応性に由来する問題は回避され、スケールアップ時の収率低下が回避される。また、安定性が高いボロン酸またはボロン酸エステルは単離して精製することが容易なので、生成物を高い選択率で得ることができ、結果的に有機EL素子用材料としての多環芳香族化合物を高純度かつ高収得量で得ることがより容易になる。
100 有機電界発光素子
101 基板
102 陽極
103 正孔注入層
104 正孔輸送層
105 発光層
106 電子輸送層
107 電子注入層
108 陰極

Claims (8)

  1. 下記一般式(1)で表される化合物(ただし下記XおよびXが共に−O−であるものは除く)、下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物(ただし下記XおよびXが共に−O−であるものは除く)、多環芳香族化合物を製造するための下記一般式(1)で表される化合物、または、多環芳香族多量体化合物を製造するための下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物。
    (上記式(1)中、
    A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環における少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、
    はエステル化されていてもよい−B(OH)であり、
    およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、ここで、前記N−ArのArは置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリールまたは置換されていてもよいアルキルであり、前記N−ArのArは連結基または単結合により前記A環、B環および/またはC環と結合していてもよく、そして、
    式(1)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
  2. A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環における少なくとも1つの水素は置換または無置換のアリール、置換または無置換のヘテロアリール、置換または無置換のジアリールアミノ、置換または無置換のジヘテロアリールアミノ、置換または無置換のアリールヘテロアリールアミノ、置換または無置換のアルキル、置換または無置換のアルコキシ、置換または無置換のアリールオキシもしくはハロゲンで置換されていてもよく、
    はエステル化されていてもよい−B(OH)であり、
    およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、ここで、前記N−ArのArはアルキルまたはハロゲンで置換されていてもよいアリール、アルキルまたはハロゲンで置換されていてもよいヘテロアリールもしくはアルキルまたはハロゲンで置換されていてもよいアルキルであり、前記N−ArのArは−O−、−S−、>C(R)または単結合により前記A環、B環および/またはC環と結合していてもよく、また、前記>C(R)のRはそれぞれ独立して水素またはアルキルであり、このアルキルにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、
    式(1)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよく、そして、
    前記多量体化合物は2量体化合物または3量体化合物である、
    請求項1に記載する化合物または多量体化合物。
  3. 下記一般式(2)で表される化合物(ただし下記XおよびXが共に−O−であるものは除く)、または、多環芳香族化合物を製造するための下記一般式(2)で表される化合物。
    (上記式(2)中、
    、R、R、R、R、R、R、R、R、R10およびR11は、それぞれ独立して、水素、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、アルコキシ、アリールオキシまたはハロゲンであり、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンで置換されていてもよく、また、R〜R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共にアリール環またはヘテロアリール環を形成していてもよく、形成された環における少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、アルコキシ、アリールオキシまたはハロゲンで置換されていてもよく、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはハロゲンで置換されていてもよく、
    はエステル化されていてもよい−B(OH)であり、
    およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、ここで、前記N−ArのArは炭素数6〜12のアリール、炭素数2〜15のヘテロアリールまたは炭素数1〜6のアルキルであり、これらにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、前記N−ArのArは−O−、−S−、>C(R)または単結合により前記a環、b環および/またはc環と結合していてもよく、また、前記>C(R)のRはそれぞれ独立して炭素数1〜6のアルキルであり、このアルキルにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、そして、
    式(2)で表される化合物における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
  4. 、R、R、R、R、R、R、R、R、R10およびR11は、それぞれ独立して、水素、炭素数6〜30のアリール、炭素数2〜30のヘテロアリール、ジアリールアミノ(ただしアリールは炭素数6〜12のアリール)またはハロゲンであり、これらにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、また、R〜R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に炭素数9〜16のアリール環または炭素数6〜15のヘテロアリール環を形成していてもよく、形成された環における少なくとも1つの水素は炭素数6〜10のアリールまたはハロゲンで置換されていてもよく、この炭素数6〜10のアリールにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、
    は−B(OH)がエステル化された基であり、
    およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Arまたは−S−であり、ここで、前記N−ArのArは炭素数6〜10のアリールまたは炭素数1〜4のアルキルであり、これらにおける少なくとも1つの水素はハロゲンで置換されていてもよく、そして、
    式(2)で表される化合物における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
    請求項3に記載する化合物。
  5. 下記式(1−1−98)で表される化合物、または、多環芳香族化合物を製造するための下記式(1−1−98)で表される化合物。
    式中のBpinは−B(OH)がピナコールエステル化された基、tBuはt−ブチル基である。
  6. 多環芳香族化合物を製造するための、下記式(1−3−139)、式(1−3−252)、式(1−3−386)または式(1−3−439)で表される化合物。
    式中のBpinは−B(OH)がピナコールエステル化された基、Meはメチル基である。
  7. 多環芳香族化合物を製造するための、下記式(1−2−340)または式(1−2−343)で表される化合物。
    式中のBpinは−B(OH)がピナコールエステル化された基、Meはメチル基、tBuはt−ブチル基である。
  8. 請求項1に記載された、下記一般式(1)で表される化合物、または、下記一般式(1)で表される構造を複数有する多量体化合物に、酸を作用させて、多環芳香族化合物または多環芳香族多量体化合物を製造する方法。
    (上記構造式中、
    A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環における少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、
    はエステル化されていてもよい−B(OH)であり、
    およびXは、それぞれ独立して、−O−、>N−Ar、−S−または−Se−であり、ここで、前記N−ArのArは置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリールまたは置換されていてもよいアルキルであり、前記N−ArのArは連結基または単結合により前記A環、B環および/またはC環と結合していてもよく、そして、
    上記構造式における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
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