JP2018095692A - Conjugated polymer compound containing novel sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative structure as monomer segment, method for producing the same and photoelectric conversion element using the same - Google Patents

Conjugated polymer compound containing novel sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative structure as monomer segment, method for producing the same and photoelectric conversion element using the same Download PDF

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靖史 中川
Yasushi Nakagawa
靖史 中川
智廣 森
Tomohiro Mori
智廣 森
康寛 山▲崎▼
Yasuhiro Yamazaki
康寛 山▲崎▼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conjugated polymer compound suitable for photoelectric conversion elements for solar cells, and a method for producing a low band gap conjugated polymer compound containing dithienylthienopyrazine derivatives.SOLUTION: The present invention provides a conjugated polymer compound containing a monomer segment represented by formula (1) [R's independently represent a substituted/unsubstituted linear/branched alkyl group, a substituted/unsubstituted aryl group or a substituted/unsubstituted aralkyl group; A is a segment derived from a polycyclic aromatic compound having a carbon skeleton, or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing (a) hetero atoms].SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、光電変換素子に好適に用いられるチエノピラジン誘導体由来のセグメントを少なくとも含む共役系高分子化合物、その製造方法及びその用途に関する。   The present invention relates to a conjugated polymer compound containing at least a segment derived from a thienopyrazine derivative that is suitably used for a photoelectric conversion element, a production method thereof, and an application thereof.

縮合環系[3,4−b]ピラジン誘導体は、医農薬分野において溶解性や活性部位の修飾のために、様々な誘導体が合成されて研究対象とされている重要な化合物である。また、近年、機能材料科学の分野において、ピラジン環と縮合したチエノピラジン誘導体やキノキサリン誘導体等は、低バンドギャップ(Eg<1.5eV)共役系高分子化合物のモノマーとして、利用できると考えられている。   The condensed ring system [3,4-b] pyrazine derivative is an important compound that has been synthesized as a research target in the field of medicine and agricultural chemicals for the purpose of solubility and modification of the active site. In recent years, in the field of functional materials science, thienopyrazine derivatives and quinoxaline derivatives condensed with a pyrazine ring are considered to be usable as monomers of low band gap (Eg <1.5 eV) conjugated polymer compounds. .

共役系高分子化合物のバンドギャップを低下させることは荷電体から伝導体への電子遷移を容易にし、キャリアの増大をもたらすため、これらのポリマーは導電性の向上、吸収・発光スペクトルの長波長シフト等の良好な特性を有する。   Decreasing the band gap of conjugated polymer compounds facilitates electron transition from charged to conductor and leads to increased carriers, so these polymers have improved conductivity and long wavelength shifts in absorption and emission spectra. Etc. have good characteristics.

低バンドギャップ共役系高分子化合物のモノマーとしては、多くの複素環化合物が用いられており、チオフェン、チエノチオフェン、チエノピラジン、ベンゾジチオフェンまたはカルバゾール等が挙げられる。   As the monomer of the low band gap conjugated polymer compound, many heterocyclic compounds are used, and examples thereof include thiophene, thienothiophene, thienopyrazine, benzodithiophene, and carbazole.

チエノピラジンをセグメントとして用いた低バンドギャップ共役ポリマーは多くの報告がされており、近年その高い耐光性、電子受容性が注目されている。しかしチエノピラジンのような縮合環ユニットはo−芳香族ジアミンとα−ジケトンとの反応によって合成されるため、合成できる誘導体が限定される。そのため、様々な置換基を有するチエノピラジンの開発と、そのチエノピラジン誘導体構造を含むモノマーセグメント(繰り返し単位)を含む低バンドギャップ共役系高分子化合物の開発が望まれている。   Many reports have been made on low band gap conjugated polymers using thienopyrazine as a segment, and in recent years, their high light resistance and electron acceptability have attracted attention. However, since a condensed ring unit such as thienopyrazine is synthesized by a reaction of an o-aromatic diamine and an α-diketone, derivatives that can be synthesized are limited. Therefore, development of thienopyrazine having various substituents and development of a low band gap conjugated polymer compound containing a monomer segment (repeating unit) containing the thienopyrazine derivative structure are desired.

特開2016−079291号公報(特許文献1)には、式(I)で表されるモノマーセグメントを少なくとも含有する導電性チエノピラジン共役系高分子化合物を開示する。チエノピラジン骨格にはスルファニルフェニル基が置換した構造が開示されているが、チエノピラジン骨格にスルファニル基が置換した構造については記載されていない。またチエノピラジン骨格にチオフェン環が結合したジチエニルチエノピラジン誘導体由来のセグメントに関する記載はない。   JP-A-2006-079291 (Patent Document 1) discloses a conductive thienopyrazine conjugated polymer compound containing at least a monomer segment represented by the formula (I). Although a structure in which a sulfanylphenyl group is substituted on the thienopyrazine skeleton is disclosed, a structure in which a sulfanyl group is substituted on the thienopyrazine skeleton is not described. Further, there is no description regarding a segment derived from a dithienylthienopyrazine derivative in which a thiophene ring is bonded to a thienopyrazine skeleton.

特開2012−56991号公報(特許文献2)には、式(II)で表される繰り返し単位を有する導電性チエノピラジン共重合体組成物を開示する。しかしながら、チエノピラジン骨格にスルファニル基が置換した構造については、特許文献2には記載されていない。   JP 2012-56991 A (Patent Document 2) discloses a conductive thienopyrazine copolymer composition having a repeating unit represented by the formula (II). However, Patent Document 2 does not describe a structure in which a thienopyrazine skeleton is substituted with a sulfanyl group.

一般的なチエノピラジンのような縮合環ユニットは、o−芳香族ジアミンとα−ジケトンとの反応により合成される。しかしながら、合成可能な誘導体はα−ジケトンの構造に依存するという問題があった。上記とは異なるチエノピラジン誘導体の合成方法として、脱離基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体とアルコールやアミンとの置換反応が報告(J.Org.Chem.2013,78,5453−5462:非特許文献1)されているが、スルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体については記載がない。   A condensed ring unit such as a general thienopyrazine is synthesized by the reaction of an o-aromatic diamine and an α-diketone. However, there is a problem that derivatives that can be synthesized depend on the structure of the α-diketone. As a method for synthesizing a thienopyrazine derivative different from the above, a substitution reaction of a dithienylthienopyrazine derivative having a leaving group with an alcohol or an amine has been reported (J. Org. Chem. 2013, 78, 5453-5462: Non-patent document 1). However, there is no description of a dithienylthienopyrazine derivative having a sulfanyl group.

近年、これらの低バンドギャップ共役系高分子化合物は、有機EL素子用電荷輸送材料、有機薄膜トランジスタ材料及び光電変換材料等の用途開発が検討されている。   In recent years, application development of these low band gap conjugated polymer compounds such as charge transport materials for organic EL devices, organic thin film transistor materials, and photoelectric conversion materials has been studied.

光電変換材料とは、光電効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する事が可能な材料である。光電変換材料に光が照射されると、その材料内の原子に束縛されていた電子が光エネルギーにより自由に動けるようになり、これによって自由電子と自由電子の抜け孔(正孔)が発生して、これら自由電子と正孔が効率よく分離し、連続的にエネルギーを取り出すことが可能となる。このような特性を利用して、種々の用途に応用されているが、その一つとして、太陽電池が挙げられる。太陽電池には、色素増感太陽電池、固体太陽電池、有機薄膜太陽電池等の種類がある。   A photoelectric conversion material is a material that can convert light energy into electrical energy by using a photoelectric effect. When the photoelectric conversion material is irradiated with light, the electrons bound to the atoms in the material can move freely by light energy, thereby generating free electrons and free electron holes. Thus, these free electrons and holes are efficiently separated and energy can be extracted continuously. Utilizing such characteristics, it has been applied to various uses, and one of them is a solar cell. Solar cells include types such as dye-sensitized solar cells, solid solar cells, and organic thin film solar cells.

一般的に、太陽電池は、室外での利用が検討されているが、共役系高分子化合物のような有機材料は可視光領域での光吸収を行うため、蛍光灯やLED光源のような室内照明とのマッチングも良好である。そのため、これらを用いた光電変換素子は室内用太陽電池としての応用も可能である。   In general, solar cells have been studied for use outdoors. However, organic materials such as conjugated polymer compounds absorb light in the visible light region, so indoors such as fluorescent lamps and LED light sources are used. Matching with lighting is also good. Therefore, the photoelectric conversion element using these can also be applied as a solar cell for indoor use.

有機薄膜太陽電池等に利用される高分子系p型有機半導体高分子は、官能基化モノマーの触媒重合によって合成できる。更に現在では、鈴木重合反応によるホウ素官能基、Stilleカップリングによるスズ官能基の他、根岸、熊田・玉尾、Heck型を含めたトランスメタル化による触媒重合が応用され、かつ官能基やリガンド、更には反応メディア等の外部パラメーターの変更による反応の効率化の検討が精力的に行われている。   Polymeric p-type organic semiconductor polymers used for organic thin-film solar cells and the like can be synthesized by catalytic polymerization of functionalized monomers. In addition to the boron functional group by Suzuki polymerization reaction, tin functional group by Stille coupling, catalytic polymerization by transmetalation including Negishi, Kumada / Tamao, Heck type is applied, and functional groups and ligands, Furthermore, studies are being made on the efficiency of reactions by changing external parameters such as reaction media.

特に、チエノチオフェン−ベンゾジチオフェン系の共役系高分子化合物では、有機薄膜太陽電池デバイスのp型半導体として7.4%という高変換効率が報告されており(Adv.Mater.2010,22,1−4:非特許文献2)、このような低バンドギャップ共役系高分子化合物の重合反応において、生成物の重合度を上げることは、素子化によるアニール化や太陽光吸収効率の向上において重要である。   In particular, a thienothiophene-benzodithiophene conjugated polymer compound has been reported to have a high conversion efficiency of 7.4% as a p-type semiconductor of an organic thin film solar cell device (Adv. Mater. 2010, 22, 1). -4: Non-patent document 2) In such a polymerization reaction of a low band gap conjugated polymer compound, increasing the degree of polymerization of the product is important for annealing by making a device and improving solar absorption efficiency. is there.

非特許文献2におけるチエノチオフェン−ベンゾジチオフェン系共役系高分子化合物(PTB−7)を始めとして、現在報告されている多くの高性能なp型有機半導体材料の合成ではStilleカップリング反応が用いられている。このカップリング反応は環境毒性の強いスズ官能基を有するモノマーを用いているため、安全面や環境的な側面から工業的大規模製造が困難であると考えられる。このため、低バンドギャップ共役系高分子化合物の工業化を行なうには、Stilleカップリング反応を用いた従来方法よりも、環境毒性の低い、安全性の高い製造方法が望まれている。   In the synthesis of many high-performance p-type organic semiconductor materials currently reported, including the thienothiophene-benzodithiophene conjugated polymer compound (PTB-7) in Non-Patent Document 2, Stille coupling reaction is used. It has been. Since this coupling reaction uses a monomer having a tin functional group with strong environmental toxicity, it is considered that industrial large-scale production is difficult from the viewpoint of safety and environment. For this reason, in order to industrialize a low band gap conjugated polymer compound, a highly safe production method with lower environmental toxicity than the conventional method using Stille coupling reaction is desired.

特開2016−79291号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-79291 特開2012−56991号公報JP 2012-56991 A

J.Org.Chem.2013,78,5453−5462J. et al. Org. Chem. 2013, 78, 5453-5462 Adv.Mater.2010,22,1−4Adv. Mater. 2010, 22, 1-4

本発明は、有機薄膜太陽電池用途に用いられる光電変換素子に好適な、低バンドギャップを有する共役系高分子化合物、及び、有機スズを用いない、環境負荷が低くかつ作業安全性が高い、ジチエニルチエノピラジン誘導体由来のセグメントを少なくともモノマーセグメントに含む低バンドギャップ共役系高分子化合物の製造方法、を提供することを目的とする。   The present invention is a conjugated polymer compound having a low band gap suitable for a photoelectric conversion element used for an organic thin film solar cell application, and does not use organic tin, has a low environmental burden and high work safety. It is an object of the present invention to provide a method for producing a low band gap conjugated polymer compound comprising a segment derived from a thienyl thienopyrazine derivative in at least a monomer segment.

本発明は、有機半導体材料、光電変換材料等として有用である、低バンドギャップを有する、ジチエニルチエノピラジン誘導体由来のセグメントを少なくともモノマーセグメントに含む、共役系高分子化合物を提供する。本発明は更に、環境に対する負荷が小さく産業上利用価値が高い、上記共役系高分子化合物の製造方法を提供する。   The present invention provides a conjugated polymer compound containing a segment derived from a dithienylthienopyrazine derivative having a low band gap, which is useful as an organic semiconductor material, a photoelectric conversion material or the like, at least in a monomer segment. The present invention further provides a method for producing the conjugated polymer compound, which has a low environmental impact and high industrial utility value.

即ち本発明は、下記共役系高分子化合物及び製造方法を提供する。
[1]:下記式(1)、
(1)
[式(1)中、Rは、同一でも異なっていてもよく、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいアラルキル基であり、
Aは、炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメント、またはヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントである。]で表されるモノマーセグメントを含む共役系高分子化合物。
[2]:上記式(1)においてAがカルバゾール誘導体由来のセグメントである、下記式(2)、
(2)
[式(2)中、Rは、前記と同意義であり、Rは置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロアリール基である。]
または、式(1)においてAがフルオレン誘導体由来のセグメントである、下記式(3)、
(3)
[式(3)中、Rは、前記と同意義であり、Rは、同一でも異なっていてもよく、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロアリール基である。]で表されるモノマーセグメントである共役系高分子化合物が好ましい。
[3]:本発明はまた、本発明の共役系高分子化合物を含む光電変換素子を提供する。
[4]:本発明はまた、本発明の光電変換素子を含む有機薄膜太陽電池を提供する。
[5]:本発明はまた、下記式(4)、
(4)
[式(4)中、Rは、前記と同意義であり、Xはフッ素、塩素、臭素またはヨウ素である。]ハロゲン化チエノピラジン誘導体モノマーと、
下記式(5)、
−A−R (5)
[式(5)中、Aは、炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメント、またはヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントであり、Rは、ボロン酸またはそのエステルからの残基である。]で表されるモノマーを反応溶媒中で、パラジウム触媒と有機リン化合物の存在下、鈴木重合反応させることを特徴とする下記式(1)、
(1)
[式(1)中、Rは、前記と同意義であり、Aは、炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメント、またはヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントである。]で表されるモノマーセグメントを含む共役系高分子化合物の製造方法を提供する。
[6]:本発明はまた、共役系高分子化合物の中間体であるハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体の原料として、下記式(6)、
(6)
[式(6)中、Rは、前記と同意義である。]で表されるスルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体を提供する。
[7]:本発明はまた、下記式(7)、
(7)
[式(7)中、Rは、同一でも異なっていてもよい、ハロゲン原子、スルホン酸エステル基、トシル基、メシル基またはニトロ基である。]で表される、ジチエニルチエノピラジン誘導体と、
下記式(8)、
−SH (8)
[式(8)中、Rは前記と同意義である。]で表されるチオール化合物を反応溶媒中で、塩基存在下置換反応させることを特徴とする下記式(6)、
(6)
[式(6)中、Rは、前記と同意義である。]で表されるスルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体の製造方法を提供する。
That is, the present invention provides the following conjugated polymer compound and production method.
[1]: Formula (1) below,
(1)
[In Formula (1), R 1 may be the same or different, and may be a linear or branched alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or An aralkyl group which may have a substituent,
A is a segment derived from a polycyclic aromatic compound comprising a carbon skeleton, or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom. ] The conjugated polymer compound containing the monomer segment represented by this.
[2]: In the above formula (1), A is a segment derived from a carbazole derivative, the following formula (2),
(2)
[In Formula (2), R 1 is as defined above, and R 2 is a linear or branched alkyl group which may have a substituent, or an aralkyl group which may have a substituent. , An aryl group which may have a substituent, and a heteroaryl group which may have a substituent. ]
Or, in the formula (1), A is a segment derived from a fluorene derivative, the following formula (3),
(3)
[In Formula (3), R 1 is as defined above, and R 3 may be the same or different and may have a linear or branched alkyl group or substituent. An aralkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, and a heteroaryl group which may have a substituent. The conjugated high molecular compound which is a monomer segment represented by this is preferable.
[3]: The present invention also provides a photoelectric conversion element comprising the conjugated polymer compound of the present invention.
[4]: The present invention also provides an organic thin-film solar cell including the photoelectric conversion element of the present invention.
[5]: The present invention also provides the following formula (4),
(4)
[In Formula (4), R 1 is as defined above, and X is fluorine, chlorine, bromine or iodine. A halogenated thienopyrazine derivative monomer;
Following formula (5),
R 4 -A-R 4 (5)
[In Formula (5), A is a segment derived from a polycyclic aromatic compound comprising a carbon skeleton, or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom, and R 4 is boronic acid or an ester thereof. Is a residue from In the presence of a palladium catalyst and an organophosphorus compound, a Suzuki polymerization reaction is performed in the presence of a palladium catalyst and an organophosphorus compound in a reaction solvent, the following formula (1),
(1)
[In formula (1), R 1 is as defined above, and A is a segment derived from a polycyclic aromatic compound comprising a carbon skeleton or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom. is there. ] The manufacturing method of the conjugated polymer compound containing the monomer segment represented by this is provided.
[6]: The present invention also provides a raw material for a halogenated dithienylthienopyrazine derivative that is an intermediate of a conjugated polymer compound, represented by the following formula (6):
(6)
[In formula (6), R 1 has the same meaning as described above. ] The dithienyl thienopyrazine derivative which has a sulfanyl group represented by these is provided.
[7]: The present invention also provides the following formula (7),
(7)
[In Formula (7), R 5 may be the same or different and is a halogen atom, a sulfonate group, a tosyl group, a mesyl group or a nitro group. A dithienylthienopyrazine derivative represented by:
Following formula (8),
R 1 -SH (8)
[In Formula (8), R 1 has the same meaning as described above. A substitution reaction in the presence of a base in a reaction solvent, the following formula (6),
(6)
[In formula (6), R 1 has the same meaning as described above. ] The manufacturing method of the dithienyl thienopyrazine derivative which has a sulfanyl group represented by these is provided.

本発明によると、スルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン由来のセグメントを少なくとも含む、新規な、高耐光性、高溶解性及び低バンドギャップ性を有する、共役系高分子化合物を提供する事ができる。また本発明の共役系高分子化合物は導電性ポリマーとして有用であり、導電性材料に用いる高分子として最適であり、特に、電子供与性に優れているため、p型有機半導体材料として用いることが好適である   According to the present invention, it is possible to provide a novel conjugated polymer compound having at least a segment derived from dithienyl thienopyrazine having a sulfanyl group and having high light resistance, high solubility and low band gap. In addition, the conjugated polymer compound of the present invention is useful as a conductive polymer, is optimal as a polymer used for a conductive material, and is particularly excellent in electron donating properties, so that it can be used as a p-type organic semiconductor material. Is preferred

本発明の共役系高分子化合物は、チエノピラジン誘導体構造及びAセグメント(例えば、カルバゾール誘導体由来のセグメント、フルオレン誘導体由来のセグメント)の間に、チオフェン構造を有していることを特徴とする。そしてこのような構造によって、π共役系が伸長し、これにより光に対する安定性が向上し、耐光性が高くなると推測される。   The conjugated polymer compound of the present invention is characterized by having a thiophene structure between a thienopyrazine derivative structure and an A segment (for example, a segment derived from a carbazole derivative or a segment derived from a fluorene derivative). Such a structure is expected to extend the π-conjugated system, thereby improving light stability and increasing light resistance.

本発明において、上記共役系高分子化合物は、パラジウム触媒及び有機リン化合物(特に、高電子供与性基を有する有機リン化合物)の存在下、ジチエニルチエノピラジン誘導体と、例えばカルバゾール誘導体またはフルオレン誘導体とを、鈴木重合反応することによって製造することができる。このため、従来の、環境毒性の高い有機スズを含有する廃液を排出するStilleカップリングと比べて、有機スズを含まない安全な製造作業が可能であり、環境負荷が低減された製造を行なうことができる。   In the present invention, the conjugated polymer compound includes a dithienylthienopyrazine derivative, for example, a carbazole derivative or a fluorene derivative in the presence of a palladium catalyst and an organic phosphorus compound (particularly, an organic phosphorus compound having a high electron donating group). Can be produced by a Suzuki polymerization reaction. For this reason, compared with the conventional Stille coupling which discharges the waste liquid containing organic tin with high environmental toxicity, the safe manufacturing work which does not contain organotin is possible, and manufacture which reduced environmental burden is performed. Can do.

また、本発明によると、スルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体を反応に使用するチオールの構造により、置換基の最適化が容易となる製造方法も提供することができる。   In addition, according to the present invention, it is possible to provide a production method that facilitates optimization of substituents by the structure of thiol using a sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative for the reaction.

共役系高分子化合物を用いた光電変換素子(順型光電変換素子(A)及び逆型光電変換素子(B))の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the photoelectric conversion element (forward type photoelectric conversion element (A) and reverse type photoelectric conversion element (B)) using a conjugated polymer compound. 共役系高分子化合物1〜4及び比較共役系高分子化合物1の紫外可視分光スペクトルを示すグラフ図である。It is a graph which shows the ultraviolet visible spectrum of the conjugated polymer compounds 1-4 and the comparative conjugated polymer compound 1.

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although the form for implementing this invention is demonstrated in detail, the scope of the present invention is not limited to these forms.

以下、本発明のスルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体由来のセグメントを少なくとも含むモノマーセグメントからなる共役系高分子化合物について、詳しく説明する。ただし、本発明の共役系高分子化合物のセグメントとは、重合反応に用いる原料モノマー由来の部分構造を示し、モノマーセグメントとは、セグメントで構成された共役系高分子化合物の繰り返し単位を示す。なお、本明細書において「スルファニル基」の用語は、RS−基を意味する。ここでRは、前記定義と同義である。 Hereinafter, the conjugated polymer compound comprising a monomer segment containing at least a segment derived from the sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative of the present invention will be described in detail. However, the segment of the conjugated polymer compound of the present invention indicates a partial structure derived from the raw material monomer used in the polymerization reaction, and the monomer segment indicates a repeating unit of the conjugated polymer compound composed of the segments. In the present specification, the term “sulfanyl group” means an R 1 S— group. Here, R 1 has the same definition as above.

(スルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体由来のセグメントを含むモノマーセグメント)
本発明の共役系高分子化合物のセグメントであるチエノピラジン由来のセグメントを含むモノマーセグメントは、下記式(1)
(1)
[式(1)中、Rは、同一でも異なっていてもよく、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいアラルキル基であり、Aは、炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメント、またはヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントである。]で表される。
(Monomer segment including a segment derived from a dithienyl thienopyrazine derivative having a sulfanyl group)
The monomer segment including a segment derived from thienopyrazine, which is a segment of the conjugated polymer compound of the present invention, is represented by the following formula (1).
(1)
[In Formula (1), R 1 may be the same or different, and may be a linear or branched alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or An aralkyl group which may have a substituent, A is a segment derived from a polycyclic aromatic compound composed of a carbon skeleton or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom. ].

本発明の共役系高分子化合物のセグメントAは、炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメント、またはヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントを示す。炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメントとしては、ナフタレン、アズレン、フルオレン由来のセグメント等が挙げられる。ヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントとしては、チオフェン環、チアゾール環、チアジアゾール環、カルバゾール環、ピロール環等の、硫黄原子または窒素原子を含有する複素環骨格を有する、複素環式芳香族化合物由来のセグメントが挙げられる。これらの中でも、特に本発明の共役系高分子化合物を光電変換材料として用いる場合において、セグメントAは、光電変換効率そして電子供与性の観点から、高い電子供与性を有するフルオレン誘導体由来のセグメント、カルバゾール誘導体由来のセグメントがより好ましい。   Segment A of the conjugated polymer compound of the present invention represents a segment derived from a polycyclic aromatic compound having a carbon skeleton or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom. Examples of the segment derived from a polycyclic aromatic compound having a carbon skeleton include a segment derived from naphthalene, azulene, and fluorene. A segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom includes a heterocyclic skeleton containing a sulfur atom or a nitrogen atom, such as a thiophene ring, a thiazole ring, a thiadiazole ring, a carbazole ring, or a pyrrole ring. Examples include segments derived from aromatic compounds. Among these, particularly when the conjugated polymer compound of the present invention is used as a photoelectric conversion material, the segment A is a segment derived from a fluorene derivative having a high electron donating property, carbazole, from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency and electron donating property. A segment derived from a derivative is more preferred.

共役系高分子化合物の好ましいモノマーセグメント構造としては、式(2)または式(3)を示すことができる。   As a preferable monomer segment structure of the conjugated polymer compound, Formula (2) or Formula (3) can be shown.

(2)
[式(2)中、R及びRは、前記と同意義である。]
(2)
[In formula (2), R 1 and R 2 are as defined above. ]

(3)
[式(3)中、R及びRは、前記と同意義である。]
(3)
[In the formula (3), R 1 and R 3 are as defined above. ]

本発明の共役系高分子化合物は、上記のモノマーセグメントが連続することにより形成される。モノマーセグメントの数は、分子量に応じて変化するものである。式(1)のモノマーセグメントの数をpとし、式(2)のモノマーセグメントの数をq、式(3)のモノマーセグメントの数をrとすると、本発明の共役系高分子化合物は式(1a)または式(2a)、式(3a)のように表すことができる。   The conjugated polymer compound of the present invention is formed by the continuous monomer segments. The number of monomer segments varies depending on the molecular weight. When the number of monomer segments of the formula (1) is p, the number of monomer segments of the formula (2) is q, and the number of monomer segments of the formula (3) is r, the conjugated polymer compound of the present invention has the formula ( 1a), Formula (2a), and Formula (3a).

(1a)
[式(1a)中、R及びAは、前記と同意義である。]
(1a)
[In Formula (1a), R 1 and A are as defined above. ]

(2a)
[式(2a)中、R及びRは前記と同意義である。]
(2a)
[In the formula (2a), R 1 and R 2 are as defined above. ]

(3a)
[式(3a)中、R及びRは前記と同意義である。]
(3a)
[In formula (3a), R 1 and R 3 are as defined above. ]

前記式(1a)及び式(2a)、式(3a)において、p、q及びrは、好ましくは5〜300である。p、q及びrが5未満であるとπ電子共役系が充分に伸張しないため、充分な太陽光吸収効率が得られず好ましくない。また、p、q及びrが300を超えると、溶解性が低下するため、均一な光電変換層の作成が困難となるおそれがある。p、q及びrはそれぞれ、7〜200であるのがより好ましく、8〜180であるのが更に好ましい。   In the formula (1a), the formula (2a) and the formula (3a), p, q and r are preferably 5 to 300. When p, q, and r are less than 5, the π-electron conjugated system does not expand sufficiently, so that sufficient solar light absorption efficiency cannot be obtained. Moreover, when p, q, and r exceed 300, since solubility will fall, there exists a possibility that preparation of a uniform photoelectric converting layer may become difficult. Each of p, q and r is more preferably 7 to 200, and still more preferably 8 to 180.

前記式(1)(以後、「式(1)」という場合は、式(1a)も意味する。すなわち、式(1a)で示される態様も含まれる。同様に「式(2)」という場合は、式(2a)も意味する。更に「式(3)」という場合は、式(3a)も意味する。)で表されるモノマーセグメントを含む共役系高分子化合物は、低バンドギャップ性、高キャリア移動性、高電子供与性等の特性を有し、そのため例えばフラーレン誘導体のような電子受容性材料と合わせて用いることにより、バルクヘテロ型光電変換素子に好適に用いることができる。前記観点から共役系高分子化合物の重量平均分子量としては、好ましくは5,000〜300,000、より好ましくは7,000〜200,000、更に好ましくは8,000〜180,000である。   Formula (1) (hereinafter “Formula (1)” also means Formula (1a). In other words, the mode shown by Formula (1a) is also included. Similarly, the case of “Formula (2)” Means also the formula (2a). Furthermore, in the case of “formula (3)”, the conjugated polymer compound containing the monomer segment represented by the formula (3a) has a low band gap property, It has characteristics such as high carrier mobility and high electron donating property. Therefore, it can be suitably used for a bulk hetero photoelectric conversion element by using it together with an electron accepting material such as a fullerene derivative. From the above viewpoint, the weight average molecular weight of the conjugated polymer compound is preferably 5,000 to 300,000, more preferably 7,000 to 200,000, still more preferably 8,000 to 180,000.

式(1)のセグメントAは、炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメント、またはヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントである。前記セグメントAの具体例としてはフルオレン誘導体、ベンゾジチオフェン誘導体、カルバゾール誘導体由来のセグメント等が挙げられる。これらの中でも、本発明の共役系高分子化合物を光電変換材料として用いた場合に、電子供与性の観点からセグメントAはフルオレン誘導体由来のセグメントまたはカルバゾール誘導体由来のセグメントが選択できる。   The segment A of the formula (1) is a segment derived from a polycyclic aromatic compound having a carbon skeleton or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom. Specific examples of the segment A include segments derived from fluorene derivatives, benzodithiophene derivatives, and carbazole derivatives. Among these, when the conjugated polymer compound of the present invention is used as a photoelectric conversion material, the segment A can be selected from a segment derived from a fluorene derivative or a segment derived from a carbazole derivative from the viewpoint of electron donating properties.

より具体的にセグメントAの例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。ただしRは、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロアリール基である。
More specific examples of the segment A are shown below, but are not limited thereto. However, R a represents a linear or branched alkyl group which may have a substituent, an aralkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a substituent. It is a heteroaryl group which may have.

セグメントAとして、下記例がより好ましい。
As the segment A, the following examples are more preferable.

上記式(1)、式(2)、式(3)中のRにおける直鎖または分岐鎖のアルキル基は、炭素数1〜18の直鎖または分岐鎖のアルキル基、または炭素数3〜18の脂環式アルキル基が挙げられる。
炭素数1〜18の直鎖または分岐鎖のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、neo−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−デシル基、ラウリル基またはステアリル基が挙げられる。炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖のアルキル基であるのが好ましく、特に、炭素数3〜10の分岐鎖のアルキル基が好ましく、更にi−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基または2−エチルヘキシル基が特に好ましい。
また、炭素数3〜18の脂環式アルキル基の例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基またはシクロオクチル基等が挙げられる。
The linear or branched alkyl group in R 1 in the above formula (1), formula (2), and formula (3) is a linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or 3 to 3 carbon atoms. 18 alicyclic alkyl groups are mentioned.
Specific examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group. , T-butyl group, n-pentyl group, neo-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, 2-ethylhexyl group, n-decyl group, lauryl group or stearyl group. A straight-chain or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable, and a branched alkyl group having 3 to 10 carbon atoms is particularly preferable, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl. A group, i-pentyl group or 2-ethylhexyl group is particularly preferred.
Examples of the alicyclic alkyl group having 3 to 18 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.

上記式(1)、式(2)、式(3)中のRにおける置換基を有していてもよいアリール基は、例えば炭素数6〜18のアリール基であり、具体的にはフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
上記式(1)、式(2)、式(3)中のRにおける置換基を有していてもよいアラルキル基は、例えば炭素数7〜19のアラルキル基であり、具体的にはベンジル基、フェニルエチル基またはα,α’−ジメチルベンジル基等が挙げられる。
The aryl group which may have a substituent in R 1 in the above formula (1), formula (2), and formula (3) is, for example, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, specifically phenyl. Group, naphthyl group and the like.
The aralkyl group which may have a substituent in R 1 in the above formula (1), formula (2), and formula (3) is, for example, an aralkyl group having 7 to 19 carbon atoms, specifically benzyl. Group, phenylethyl group or α, α'-dimethylbenzyl group.

上記のアルキル基が有してもよい置換基としては、アルコキシ基、ハロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、水酸基等が挙げられる。   Examples of the substituent that the alkyl group may have include an alkoxy group, a haloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, and a hydroxyl group.

上記のアリール基またはアラルキル基が有してもよい置換基としては、直鎖または分岐鎖のアルキル基、アルコキシ基、ハロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、水酸基等が挙げられる。   Examples of the substituent that the aryl group or aralkyl group may have include a linear or branched alkyl group, an alkoxy group, a haloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, a halogen atom, and a hydroxyl group.

前記置換基のアルキル基は、好ましくは、炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖のアルキル基が挙げられ、より具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、neo−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−デシル基等をあげることができる。特に炭素数1〜8の直鎖または分岐鎖のアルキル基であるのが好ましく、更にi−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、i−ペンチル基、2−エチルヘキシル基が好ましい。   The alkyl group of the substituent is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and more specifically, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an i-propyl group. , N-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, i-pentyl group, neo-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group , 2-ethylhexyl group, n-decyl group and the like. In particular, a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferable, and i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, i-pentyl group and 2-ethylhexyl group are more preferable.

前記置換基のアルコキシ基としては、炭素数1〜18であるアルコキシ基が挙げられ、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、neo−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基等が挙げられる。   Examples of the alkoxy group of the substituent include an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, specifically, a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an i-propoxy group, an n-butoxy group, an i- Examples include butoxy group, sec-butoxy group, t-butoxy group, n-pentyloxy group, neo-pentyloxy group, n-hexyloxy group, n-heptyloxy group, and n-octyloxy group.

前記置換基のハロアルキル基は、ハロゲン原子(F、Cl、Br、I)が付加したアルキル基であり、アルキル基としては、前記の炭素数1〜18のアルキル基が例示できる。ハロゲン原子としてはフッ素が好ましい。より具体的にはCF基、C基、n−C基、n−C基、n−C15基等で例示されるペルフルオロアルキル基(C2m+1−基(m=1〜18));CHF基、CHF基、CH(CF基等で例示されるパーシャルフルオロアルキル基等が挙げられる。 The haloalkyl group of the substituent is an alkyl group to which a halogen atom (F, Cl, Br, I) is added, and examples of the alkyl group include the alkyl groups having 1 to 18 carbon atoms. As the halogen atom, fluorine is preferred. More specifically, perfluoroalkyl groups exemplified by CF 3 group, C 2 F 5 group, n-C 3 F 7 group, n-C 4 F 9 group, n-C 7 F 15 group and the like (C m F 2m + 1 -group (m = 1 to 18)); a partial fluoroalkyl group exemplified by CHF 2 group, CH 2 F group, CH (CF 3 ) 2 group and the like.

前記置換基のアリール基としては、例えば、炭素数6〜18のアリール基が挙げられ、具体的にはフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。前記置換基のへテロアリール基としては、例えば、炭素数4〜10のヘテロアリール基であって、具体的にはチエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基等が挙げられる。   Examples of the aryl group for the substituent include an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, and specific examples include a phenyl group and a naphthyl group. Examples of the heteroaryl group for the substituent include heteroaryl groups having 4 to 10 carbon atoms, and specific examples include a thienyl group, a pyrrolyl group, a furyl group, and a pyridyl group.

前記式(2)中のRは、同一でも異なっていてもよく、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロアリール基が挙げられる。溶解性向上の観点から、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基が好ましい。 R 2 in the formula (2) may be the same or different and may be a linear or branched alkyl group which may have a substituent, an aralkyl group which may have a substituent, or a substituent. Examples thereof include an aryl group which may have a group and a heteroaryl group which may have a substituent. From the viewpoint of improving solubility, a linear or branched alkyl group which may have a substituent is preferable.

置換基を有していてもよいアルキル基としては、炭素数1〜18の直鎖または分岐鎖のアルキル基があげられる。具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、neo−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−デシル基、ラウリル基またはステアリル基が挙げられる。また、炭素数3〜18の脂環式アルキル基の例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基またはシクロオクチル基等が挙げられる。   Examples of the alkyl group which may have a substituent include linear or branched alkyl groups having 1 to 18 carbon atoms. Specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, and neo-pentyl group. N-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, 2-ethylhexyl group, n-decyl group, lauryl group or stearyl group. Examples of the alicyclic alkyl group having 3 to 18 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.

更に溶解性の向上、ポリマーのフェイスオン配向性の向上による電荷輸送性の向上の観点から、分岐鎖のアルキル基であるのが更に好ましい。特に、炭素数1〜18の分岐鎖のアルキル基であるのが好ましく、具体的には、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、1−プロピルブチル基、i−ペンチル基、neo−ペンチル基、1−メチルペンチル基、2−エチルペンチル基、1−ブチルペンチル基、2−エチルヘキシル基、1−ペンチルヘキシル基、2−プロピルヘプチル基、1−ヘキシルヘプチル基、t−オクチル基、1−ヘプチルオクチル基、1−オクチルノニル基、1−プロピルデシル基、1−メチルウンデシル基、1−エチルドデシル基等が挙げられる。   Further, from the viewpoint of improving the solubility and improving the charge transport property by improving the face-on orientation of the polymer, a branched alkyl group is more preferable. In particular, it is preferably a branched alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, specifically, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, 1-propylbutyl group, i-pentyl group, neo-pentyl group, 1-methylpentyl group, 2-ethylpentyl group, 1-butylpentyl group, 2-ethylhexyl group, 1-pentylhexyl group, 2-propylheptyl group, 1-hexylheptyl group, t-octyl group 1-heptyloctyl group, 1-octylnonyl group, 1-propyldecyl group, 1-methylundecyl group, 1-ethyldodecyl group and the like.

前記式(3)中のRは、同一でも異なっていてもよく、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいヘテロアリール基が挙げられる。溶解性向上、素子中のモルフォロジーの観点から、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基であるのがより好ましい。 R 3 in the formula (3) may be the same or different and may be a linear or branched alkyl group which may have a substituent, an aralkyl group which may have a substituent, or a substituent Examples thereof include an aryl group which may have a group and a heteroaryl group which may have a substituent. From the viewpoint of improving solubility and the morphology in the device, it is more preferably a linear or branched alkyl group which may have a substituent.

置換基を有していてもよいアルキル基としては、炭素数1〜18の直鎖または分岐鎖のアルキル基があげられる。具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、neo−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−デシル基、ラウリル基またはステアリル基、1−メチルペンチル基、2−エチルペンチル基、1−ブチルペンチル基、2−エチルヘキシル基、1−ペンチルヘキシル基、2−プロピルヘプチル基、1−ヘキシルヘプチル基、t−オクチル基、1−ヘプチルオクチル基、1−オクチルノニル基、1−プロピルデシル基、1−メチルウンデシル基、1−エチルドデシル基が挙げられる。また、炭素数3〜18の脂環式アルキル基の例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基またはシクロオクチル基等が挙げられる。   Examples of the alkyl group which may have a substituent include linear or branched alkyl groups having 1 to 18 carbon atoms. Specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, and neo-pentyl group. N-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-decyl group, lauryl group or stearyl group, 1-methylpentyl group, 2-ethylpentyl group, 1-butylpentyl group, 2-ethylhexyl group, 1-pentylhexyl group, 2-propylheptyl group, 1-hexylheptyl group, t-octyl group, 1-heptyloctyl group, 1-octylnonyl group, 1-propyldecyl group, 1-methylundecyl group, 1- An ethyldodecyl group is mentioned. Examples of the alicyclic alkyl group having 3 to 18 carbon atoms include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.

上記、式(2)中のRまたは式(3)中のRにおける、置換基を有していてもよいアラルキル基は、例えば炭素数7〜19のアラルキル基であり、具体的にはベンジル基、フェニルエチル基またはα,α’−ジメチルベンジル基等が挙げられる。 The aralkyl group which may have a substituent in R 2 in Formula (2) or R 3 in Formula (3) is, for example, an aralkyl group having 7 to 19 carbon atoms. Examples include a benzyl group, a phenylethyl group, and an α, α′-dimethylbenzyl group.

上記、式(2)中のRまたは式(3)中のRにおける、置換基を有していてもよいアリール基は、例えば炭素数6〜18のアリール基であり、具体的にはフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。 The aryl group which may have a substituent in R 2 in formula (2) or R 3 in formula (3) is, for example, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, specifically, A phenyl group, a naphthyl group, etc. are mentioned.

上記、式(2)中のRまたは式(3)中のRにおける、置換基を有していてもよいへテロアリール基としては、例えば、炭素数4〜10のヘテロアリール基であって、具体的にはチエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基等が挙げられる。 Examples of the heteroaryl group which may have a substituent in R 2 in Formula (2) or R 3 in Formula (3) include a heteroaryl group having 4 to 10 carbon atoms, Specific examples include thienyl group, pyrrolyl group, furyl group, pyridyl group and the like.

上記のアルキル基が有してもよい置換基としては、段落0040と同様に、アルコキシ基、ハロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、水酸基等が例示できる。   Examples of the substituent that the alkyl group may have include an alkoxy group, a haloalkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, and a hydroxyl group, as in paragraph 0040.

上記のアラルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が有してもよい置換基としては、段落0041と同様に、直鎖または分岐鎖のアルキル基、アルコキシ基、ハロアルキル基、水酸基、ハロゲン原子(F、Cl、Br、I)等が例示できる。   As the substituents that the above aralkyl group, aryl group, and heteroaryl group may have, a linear or branched alkyl group, alkoxy group, haloalkyl group, hydroxyl group, halogen atom (F, Cl, Br, I) and the like can be exemplified.

(共役系高分子化合物の製造方法)
本発明の共役系高分子化合物の製造方法は、
反応工程1)前記式(7)で表される、ハロゲン原子やスルホン酸エステル基、トシル基、メシル基、ニトロ基等の脱離基(R)を有するジチエニルチエノピラジンに、スルファニル基を導入し、前記式(6)で表されるスルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体を得る工程、
反応工程2)スルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体を、ハロゲン化剤を用いてハロゲン化し、前記式(4)で表されるハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体を得る工程、
反応工程3)ハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体とホウ素化されたモノマー(前記式(5);このモノマーを以後、明細書において「Aモノマー」と表記する。)とを、パラジウム触媒及びリン配位子の存在下で、鈴木重合反応を行い、前記式(1)で表される共役系高分子化合物を得る工程、
からなる。
(Method for producing conjugated polymer compound)
The method for producing the conjugated polymer compound of the present invention comprises:
Reaction step 1) A sulfanyl group is added to a dithienylthienopyrazine having a leaving group (R 5 ) such as a halogen atom, a sulfonate group, a tosyl group, a mesyl group, or a nitro group represented by the above formula (7). Introducing a sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative represented by the formula (6),
Reaction step 2) a step of halogenating a dithienylthienopyrazine derivative having a sulfanyl group using a halogenating agent to obtain a halogenated dithienylthienopyrazine derivative represented by the above formula (4);
Reaction step 3) A halogenated dithienylthienopyrazine derivative and a boronated monomer (formula (5); hereinafter referred to as “A monomer” in the description), a palladium catalyst and phosphorus coordination A step of performing a Suzuki polymerization reaction in the presence of a child to obtain a conjugated polymer compound represented by the formula (1),
Consists of.

前記した製造方法において、Aモノマーとしてカルバゾール誘導体を用いることによって、前記式(2)で表される共役系高分子化合物の製造方法とすることができる。またAモノマーとしてフルオレン誘導体を用いることによって、前記式(3)で表される共役系高分子化合物の製造方法とすることができる。   In the production method described above, by using a carbazole derivative as the A monomer, a production method of the conjugated polymer compound represented by the formula (2) can be obtained. Moreover, it can be set as the manufacturing method of the conjugated polymer compound represented by said Formula (3) by using a fluorene derivative as A monomer.

前記した本発明の共役系高分子化合物の製造方法は、下記に示す反応スキーム(9a)、反応スキーム(9b)、反応スキーム(9c)の順に従って、行われる。
[式(9a)及び式(9b)、式(9c)中、R及びR、A、X、pは前記と同意義であり、Rは、ボロン酸またはそのエステルからの残基である。]
The above-described method for producing a conjugated polymer compound of the present invention is performed according to the following reaction scheme (9a), reaction scheme (9b), and reaction scheme (9c).
[In the formulas (9a), (9b) and (9c), R 1 and R 5 , A, X, p are as defined above, and R 4 is a residue from boronic acid or an ester thereof. is there. ]

以下に本発明の製造方法の第一段階である反応スキーム式(9a)を説明する。
出発原料である脱離基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体は、5,7−ビス(2−チエニル)チエノ[3,4−b]ピラジン−2,3(1H,4H)−ジオンを用い、例えばJ.Org.Chem.2013,78,5453−5462に記載の公知の方法で合成することができる。
The reaction scheme (9a), which is the first step of the production method of the present invention, will be described below.
As a starting material, a dithienylthienopyrazine derivative having a leaving group uses 5,7-bis (2-thienyl) thieno [3,4-b] pyrazine-2,3 (1H, 4H) -dione, for example, J. et al. Org. Chem. 2013, 78, 5453-5462. It can synthesize | combine by the well-known method of description.

上記式(9a)におけるRは、ハロゲン原子(F、Cl、Br、I)、トリフルオロメタンスルホナート基やノナフルオロブタンスルホナート基等のスルホン酸エステル基、トシル基、メシル基、ニトロ基を例示することができる。中でも高い脱離基性能を有する観点でスルホン酸エステル基が好ましく、特にトリフルオロメタンスルホナート基が好ましい。 R 5 in the above formula (9a) represents a halogen atom (F, Cl, Br, I), a sulfonate group such as a trifluoromethanesulfonate group or a nonafluorobutanesulfonate group, a tosyl group, a mesyl group, or a nitro group. It can be illustrated. Among them, a sulfonate group is preferable from the viewpoint of having a high leaving group performance, and a trifluoromethanesulfonate group is particularly preferable.

本発明の製造方法の第一段階である、スルファニル基の導入反応(スルファニル基への置換反応)としては、前記脱離基(R)を有するジチエニルチエノピラジン誘導体を溶媒中で塩基存在下、チオール誘導体を反応させることで、式(6)で表されるスルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体が得られる。 As a first step of the production method of the present invention, a sulfanyl group introduction reaction (substitution reaction to a sulfanyl group), the dithienyl thienopyrazine derivative having the leaving group (R 5 ) is present in a solvent in the presence of a base. By reacting the thiol derivative, a sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative represented by the formula (6) is obtained.

前記スルファニル基の導入反応に用いられるチオール誘導体としては、ブタンチオール、オクタンチオール、ドデカンチオール、オクタデカンチオール、2−プロパンチオール、t−ブチルメルカプタン、2−エチルヘキサンチオール、2−ジイソプロピルアミノエタンチオール、ベンゼンチオール、4−tert−ブチルベンゼンチオール、4−(トリフルオロメチル)ベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール等が挙げられる。   Examples of the thiol derivatives used for the introduction reaction of the sulfanyl group include butanethiol, octanethiol, dodecanethiol, octadecanethiol, 2-propanethiol, t-butylmercaptan, 2-ethylhexanethiol, 2-diisopropylaminoethanethiol, benzene Examples include thiol, 4-tert-butylbenzenethiol, 4- (trifluoromethyl) benzenethiol, pentafluorobenzenethiol and the like.

前記スルファニル基の導入反応に用いられる反応溶媒としては、反応原料を溶解することができる溶媒であれば特に限定されないが、脱水処理を行った反応溶媒を用いることが好ましい。   The reaction solvent used for the introduction reaction of the sulfanyl group is not particularly limited as long as it can dissolve the reaction raw material, but it is preferable to use a reaction solvent subjected to dehydration treatment.

前記スルファニル基の導入反応に用いられる塩基としては、特に限定されないが、ブチルリチウム、フェニルリチウム、リチウムジイソプロピルアミド、リチウムビストリメチルシリルアミド、水素化ナトリウム、水素化カルシウム等を例示することができる。   The base used for the introduction reaction of the sulfanyl group is not particularly limited, and examples thereof include butyl lithium, phenyl lithium, lithium diisopropylamide, lithium bistrimethylsilylamide, sodium hydride, calcium hydride and the like.

本発明の製造方法の第二段階である反応スキーム(9b)を説明する。反応スキーム(9b)では、出発原料であるスルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体のハロゲン化が行われる。この反応に用いられるジチエニルチエノピラジン誘導体は、下記式(6)、
(6)
[式(6)中、Rは前記と同意義である。]
で表される。
The reaction scheme (9b) which is the second stage of the production method of the present invention will be described. In the reaction scheme (9b), halogenation of a dithienylthienopyrazine derivative having a sulfanyl group as a starting material is performed. The dithienyl thienopyrazine derivative used in this reaction has the following formula (6),
(6)
[In Formula (6), R 1 has the same meaning as described above. ]
It is represented by

前記式(6)で表されるスルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体の具体例について、以下に示す。なお本発明の誘導体はこれらに限定されるものではない。   Specific examples of the sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative represented by the formula (6) are shown below. The derivatives of the present invention are not limited to these.

前記反応スキーム(9a)に従って、スルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体が得られる。得られたスルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体を、反応スキーム(9b)に従い、一般的なハロゲン化剤を用いて、ハロゲン化反応が行われる。ハロゲン化剤としては、公知のハロゲン化剤を適宜選択することができる。ハロゲン化剤の具体例としては、N−フルオロベンゼンスルホンイミド、N−ブロモスクシンイミド、ジブロモイソシアヌル酸、N−ヨードスクシンイミド、1,3−ジヨード−5,5’−ジメチルヒダントイン、ヨウ化カリウム/過ヨウ素酸カリウム、ヨウ化銅が挙げられる。   According to the reaction scheme (9a), a sulfanyl-substituted dithienyl thienopyrazine derivative is obtained. The obtained sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative is subjected to a halogenation reaction using a general halogenating agent according to the reaction scheme (9b). A known halogenating agent can be appropriately selected as the halogenating agent. Specific examples of the halogenating agent include N-fluorobenzenesulfonimide, N-bromosuccinimide, dibromoisocyanuric acid, N-iodosuccinimide, 1,3-diiodo-5,5′-dimethylhydantoin, potassium iodide / periodate Examples include potassium acid and copper iodide.

本発明に用いるハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体は、以下の式(4)、
(4)
[式(4)中、R、Xは前記と同意義である。]で表される。
The halogenated dithienylthienopyrazine derivative used in the present invention has the following formula (4),
(4)
[In formula (4), R 1 and X are as defined above. ].

前記式(4)に示すハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体の具体例を、以下に示す。なお、本発明の誘導体はこれらに限定されるものではない。   Specific examples of the halogenated dithienylthienopyrazine derivative represented by the formula (4) are shown below. Note that the derivatives of the present invention are not limited to these.

本発明の製造方法の第三段階である反応スキーム(9c)は、上記で得られたハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体と、(5)式で表される、ボロン酸またはそのエステルによってホウ素化されたAモノマーとを用いて、鈴木重合反応を行い、共役系高分子化合物を得る工程を表す。より具体的には、パラジウム触媒及び有機リン化合物、更に塩基の存在下に、ハロゲン化チエノピラジン誘導体(4)とボロン酸またはそのエステルによってホウ素化されたAモノマー(5)とを鈴木重合反応し、共役系高分子化合物を製造する。   Reaction scheme (9c), which is the third step of the production method of the present invention, is boronated with the halogenated dithienylthienopyrazine derivative obtained above and a boronic acid or its ester represented by the formula (5). Represents a step of obtaining a conjugated polymer compound by performing a Suzuki polymerization reaction using the monomer A. More specifically, Suzuki polymerization reaction of a halogenated thienopyrazine derivative (4) and an A monomer (5) boronated with boronic acid or an ester thereof in the presence of a palladium catalyst and an organophosphorus compound and a base, A conjugated polymer compound is produced.

ここで、ボロン酸またはそのエステルによってホウ素化されたAモノマーは、前述のように、下記の一般式:
−A−R (5)
[式(5)中、A及びRは前記と同意義である。]
で表されるものである。
Here, the A monomer boronated with boronic acid or an ester thereof, as described above, has the following general formula:
R 4 -A-R 4 (5)
[In formula (5), A and R 4 are as defined above. ]
It is represented by

上記Rは、ボロン酸からの残基、またはボロン酸とジオールまたはモノアルコールとの反応で得られたボロン酸エステルからの残基である。より具体的にはRは、ホウ素と、ピナコール、カテコール、ネオペンチルグリコール、1,2−エタンジオール、1,3−プロパンジオール等の炭素数1〜7のジオールやメタノール、エタノール、イソプロパノール、t−ブタノール等の炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖のアルキル基を有するアルコールとが結合した、ホウ素官能基である。 R 4 is a residue from a boronic acid, or a residue from a boronic acid ester obtained by reacting a boronic acid with a diol or monoalcohol. More specifically, R 4 represents boron, diols having 1 to 7 carbon atoms such as pinacol, catechol, neopentyl glycol, 1,2-ethanediol, 1,3-propanediol, methanol, ethanol, isopropanol, t -A boron functional group bonded to an alcohol having a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms such as butanol.

前記ボロン酸エステルの残基としては、公知のジオールまたはモノアルコールとホウ素からなるボロン酸エステルの残基を用いることができる。例えば、下記式(a)〜(e)で表される基が挙げられる。   As the residue of the boronic ester, a boronic ester residue composed of a known diol or monoalcohol and boron can be used. Examples thereof include groups represented by the following formulas (a) to (e).

[上記式中、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。] [In the above formula, Me represents a methyl group, and Et represents an ethyl group. ]

Aのハロゲン化物から式(5)のAモノマーを得る上記ホウ素官能基化反応において、ボロン酸エステル基(c)を導入するには、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、ボロン酸エステル基(e)を導入する場合には2−イソプロポキシ−4,4,6−トリメチル−1,3,2−ジオキサボリナン(東京化成株式会社製)等を用いることができる。   In the boron functionalization reaction to obtain the A monomer of formula (5) from the halide of A, in order to introduce the boronic acid ester group (c), 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl In the case of introducing boronic ester group (e) using -1,3,2-dioxaborolane, 2-isopropoxy-4,4,6-trimethyl-1,3,2-dioxaborinane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) ) Etc. can be used.

好ましいAモノマーである、ボロン酸またはそのエステルによってホウ素化されたカルバゾール誘導体は、下記式(11)で表される。このようなカルバゾール誘導体は、公知の種々の方法にて合成することができる。
(11)
[式(11)中、Rは、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいヘテロアリール基であり、Rは、ボロン酸またはそのエステルからの残基である。]
式(11)中のRの置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいヘテロアリール基は、式(2)の置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいヘテロアリール基と同様の具体的な置換基例が挙げられる。前記Rは、式(5)のRと同様の定義である。
A carbazole derivative boronated with boronic acid or an ester thereof, which is a preferable A monomer, is represented by the following formula (11). Such a carbazole derivative can be synthesized by various known methods.
(11)
[In Formula (11), R 2 may have a linear or branched alkyl group which may have a substituent, an aralkyl group which may have a substituent, or a substituent. An aryl group or an optionally substituted heteroaryl group, R 4 is a residue from a boronic acid or an ester thereof. ]
A linear or branched alkyl group which may have a substituent of R 2 in formula (11), an aralkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent Or a heteroaryl group which may have a substituent is a linear or branched alkyl group which may have a substituent of formula (2), or an aralkyl group which may have a substituent Specific examples of the substituent are the same as the aryl group which may have a substituent or the heteroaryl group which may have a substituent. R 4 has the same definition as R 4 in formula (5).

本発明のAモノマーの好適な一例である、カルバゾール誘導体(11)は、例えば下記式(12A)に従い、2,7−ジブロモ−9−H−カルバゾール(東京化成製)を出発原料とし、塩基存在下、トシル基(Ts)を有する化合物(R−OTs)と反応することにより、簡便に合成することができる。あるいは、下記式(12B)に従い、2,7−ジブロモ−9−H−カルバゾール(東京化成製)を出発原料とし、塩基及び銅存在下、有機ハロゲン化物(R−X)と反応することにより、簡便に合成することができる。 The carbazole derivative (11), which is a preferred example of the A monomer of the present invention, has, for example, 2,7-dibromo-9-H-carbazole (manufactured by Tokyo Chemical Industry) as a starting material according to the following formula (12A) lower, by reacting a compound having a tosyl group (Ts) (R 2 -OTs) , it may be conveniently synthesized. Alternatively, according to the following formula (12B), 2,7-dibromo-9-H-carbazole (manufactured by Tokyo Chemical Industry) is used as a starting material and reacted with an organic halide (R 2 -X a ) in the presence of a base and copper. Thus, it can be easily synthesized.

[式(12A)及び式(12B)中、R、R4は前記と同意義であり、Tsはトシル基を示し、Xはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子を示す。] [In Formula (12A) and Formula (12B), R 2 and R 4 are as defined above, Ts represents a tosyl group, and X a represents a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine or iodine. ]

前記式(11)に示すカルバゾール誘導体の具体例を、以下に示す。なお、本発明の誘導体はこれらに限定されるものではない。   Specific examples of the carbazole derivative represented by the formula (11) are shown below. Note that the derivatives of the present invention are not limited to these.

好ましいAモノマーである、ボロン酸またはそのエステルによってホウ素化されたフルオレン誘導体は、例えば下記式(13)で表される。これらの誘導体は、公知の種々の方法にて合成することができる。
(13)
[式(13)中、R及びRは、前記と同意義である。]
前記Rのアルキル基、アラルキル基、アリール基、ヘテロアリール基は、式(2)のアルキル基、アラルキル基、アリール基、ヘテロアリール基とそれぞれ同様の具体的な置換基例が挙げられる。前記Rは式(5)のRと同様の定義である。
A preferred fluorene derivative boronated with boronic acid or an ester thereof, which is a preferable A monomer, is represented, for example, by the following formula (13). These derivatives can be synthesized by various known methods.
(13)
[In Formula (13), R 3 and R 4 are as defined above. ]
Specific examples of the substituent for the alkyl group, aralkyl group, aryl group, and heteroaryl group of R 3 are the same as the alkyl group, aralkyl group, aryl group, and heteroaryl group of formula (2). Wherein R 4 is defined the same as R 4 of formula (5).

本発明のAモノマーの好適な一例であるフルオレン誘導体(13)は、例えば下記式に従い、2,7−ジブロモフルオレン(東京化成製)を出発原料とし、塩基存在下、有機ハロゲン化物(R−X)と反応することにより簡便に合成することができる。 The fluorene derivative (13), which is a suitable example of the A monomer of the present invention, is prepared from 2,7-dibromofluorene (manufactured by Tokyo Chemical Industry) as a starting material according to the following formula, for example, and an organic halide (R 3 — It can be easily synthesized by reacting with X a ).

(14)
[式(14)中、R、R及びXは前記と同意義である。]
(14)
[In the formula (14), R 3 , R 4 and X a are as defined above. ]

前記式(13)に示すフルオレン誘導体の具体例を、以下に示す。なお、本発明の誘導体はこれらに限定されるものではない。   Specific examples of the fluorene derivative represented by the formula (13) are shown below. Note that the derivatives of the present invention are not limited to these.

反応式(12A)におけるトシル基を有する化合物の具体例としては、ブチル−p−トルエンスルフォネート、t−ブチル−p−トルエンスルフォネート、ヘプチル−p−トルエンスルフォネート、9−ヘプタデカン−p−トルエンスルフォネート等のアルキルトシラートや、ベンジル−p−トルエンスルフォネート、2−フェニルエチル−p−トルエンスルフォネート等のアラルキルトシラート、2−ブロモフェニルトシラート、p−トルエンスルホン酸フェニル等のアリールトシラート、ピリジン−2−イルトシラート、ピリジン−3−イルトシラート等のヘテロアリールトシラート等が挙げられる。   Specific examples of the compound having a tosyl group in the reaction formula (12A) include butyl-p-toluenesulfonate, t-butyl-p-toluenesulfonate, heptyl-p-toluenesulfonate, 9-heptadecane- Alkyl tosylate such as p-toluene sulfonate, aralkyl tosylate such as benzyl-p-toluene sulfonate, 2-phenylethyl-p-toluene sulfonate, 2-bromophenyl tosylate, p-toluene sulfone Examples include aryl tosylates such as phenyl acid, heteroaryl tosylates such as pyridin-2-yl tosylate and pyridin-3-yl tosylate.

反応式(12B)及び反応式(14)における有機ハロゲン化物の具体例としては、1−ブロモオクタン、1−ブロモデカン等のハロゲン化アルキル化合物や、ブロモメチルベンゼン、クロロメチルベンゼン等のハロゲン化アラルキル化合物、ヨードベンゼン、ブロモベンゼン等のハロゲン化アリール化合物、2−ブロモチオフェン、2−クロロチオフェン等のハロゲン化ヘテロアリール化合物等が挙げられる。   Specific examples of the organic halides in the reaction formula (12B) and the reaction formula (14) include halogenated alkyl compounds such as 1-bromooctane and 1-bromodecane, and halogenated aralkyl compounds such as bromomethylbenzene and chloromethylbenzene. Halogenated aryl compounds such as iodobenzene and bromobenzene, and halogenated heteroaryl compounds such as 2-bromothiophene and 2-chlorothiophene.

反応スキーム(9c)に用いるパラジウム触媒としては、公知の0価または2価のパラジウム触媒が挙げられる。
0価のパラジウム触媒としては、Pd(PPhで表されるテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムやPd(dba)で表されるトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、Pd(dba)で表されるビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム等が挙げられる。なかでも、重合性の観点からトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム等を用いることが好ましい。
2価のパラジウム触媒としては、Pd(II)Clで表される塩化パラジウムやPd(II)(OAc)で表される酢酸パラジウム、Pd(II)(acac)で表されるビス(アセチルアセトン)パラジウム、Pd(II)(dppf)Clで表されるビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセンジクロロパラジウム、Pd(II)(PPhClで表されるビス(トリフェニルホスフィン)ジクロロパラジウム等が挙げられる。なかでも、重合性の観点から塩化パラジウム、酢酸パラジウム、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム等を用いることが好ましい。
Examples of the palladium catalyst used in the reaction scheme (9c) include known zero-valent or divalent palladium catalysts.
Examples of zero-valent palladium catalysts include tetrakis (triphenylphosphine) palladium represented by Pd (PPh 3 ) 4 , tris (dibenzylideneacetone) dipalladium represented by Pd 2 (dba) 3 , and Pd (dba) 2. And bis (dibenzylideneacetone) palladium represented by Especially, it is preferable to use tris (dibenzylidene acetone) dipalladium, tetrakis (triphenylphosphine) palladium, etc. from a polymeric viewpoint.
Examples of the divalent palladium catalyst include palladium chloride represented by Pd (II) Cl 2 , palladium acetate represented by Pd (II) (OAc) 2 , and bis (Pd (II) (acac) 2 represented by Acetylacetone) palladium, bis (diphenylphosphino) ferrocenedichloropalladium represented by Pd (II) (dppf) Cl 2 , bis (triphenylphosphine) dichloropalladium represented by Pd (II) (PPh 3 ) 2 Cl 2 Etc. Of these, palladium chloride, palladium acetate, tris (dibenzylideneacetone) dipalladium and the like are preferably used from the viewpoint of polymerizability.

反応スキーム(9c)に用いるパラジウム触媒の量は、鈴木重合反応が進行する触媒量であれば、特に限定はないが、例えば1molのハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体に対して、0.001mol%〜10.0mol%、好ましくは0.01mol%〜5.0mol%であり、より好ましくは0.1mol%〜3.0mol%である。0.001mol%未満であると、反応が完結しないおそれがあり、10.0mol%より多く加えると、製造コストが上がるおそれがある。   The amount of the palladium catalyst used in the reaction scheme (9c) is not particularly limited as long as the Suzuki polymerization reaction proceeds. For example, with respect to 1 mol of the halogenated dithienyl thienopyrazine derivative, 0.001 mol% to It is 10.0 mol%, preferably 0.01 mol% to 5.0 mol%, more preferably 0.1 mol% to 3.0 mol%. If it is less than 0.001 mol%, the reaction may not be completed, and if it is added more than 10.0 mol%, the production cost may increase.

反応スキーム(9c)に用いる有機リン化合物は、具体的には高い電子供与性を有する有機リン化合物であり、その例としては、SPhosで表される2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニルやPhPで表されるトリフェニルホスフィン、(o−tolyl)Pで表されるトリス(o−トリル)ホスフィン、(t−Bu)Pで表されるトリ(t−ブチル)ホスフィン、CyPで表されるトリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。なかでも上記反応においては、重合性の観点から、トリス(o−トリル)ホスフィン((o−tolyl)P)を用いることが好ましい。 The organophosphorus compound used in the reaction scheme (9c) is specifically an organophosphorus compound having a high electron donating property. As an example, 2-dicyclohexylphosphino-2 ′, 6′- represented by SPhos is used. Triphenylphosphine represented by dimethoxybiphenyl or Ph 3 P, tris (o-tolyl) phosphine represented by (o-tolyl) 3 P, tri (t-butyl) represented by (t-Bu) 3 P Examples include phosphine and tricyclohexylphosphine represented by Cy 3 P. In particular, in the above reaction, it is preferable to use tris (o-tolyl) phosphine ((o-tolyl) 3 P) from the viewpoint of polymerizability.

反応スキーム(9c)に用いられる、高い電子供与性基を有する有機リン化合物は、パラジウム触媒と配位し、パラジウム触媒の配位子になると推定される。これにより、反応性並びに重合性が高くなり、容易に反応が進行すると共に、高分子量化を行なうことが可能となる。上記のパラジウム触媒と有機リン化合物を、使用する反応溶媒等で予め混合してから系内に投入することが望ましい。   The organophosphorus compound having a high electron-donating group used in the reaction scheme (9c) is presumed to coordinate with the palladium catalyst and become a ligand of the palladium catalyst. As a result, the reactivity and polymerizability are increased, the reaction proceeds easily, and a high molecular weight can be achieved. It is desirable that the palladium catalyst and the organic phosphorus compound are mixed in advance with a reaction solvent to be used and then introduced into the system.

上記の有機リン化合物の量は、鈴木重合反応が進行する量であれば、特に限定されるものではないが、例えばハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体に対して、0.5mol%〜10.0mol%が好ましい。   The amount of the organic phosphorus compound is not particularly limited as long as the Suzuki polymerization reaction proceeds, but for example, 0.5 mol% to 10.0 mol% with respect to the halogenated dithienylthienopyrazine derivative. Is preferred.

上記反応スキーム(9c)では、通常塩基の存在下に反応が行われる。塩基としては、一般的な塩基を、適宜選択して使用することができる。塩基として、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸三カリウム等の無機塩基や、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等の有機塩基を用いるのが、製造の面で好ましい。特に水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等の有機塩基は、反応系において塩基の役割と共に相間移動触媒となるため、重合性の面で特に好ましい。塩基の量は、鈴木重合反応が進行する塩基量であれば、特に限定はないが、ハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体に対して2当量以上が好ましい。   In the reaction scheme (9c), the reaction is usually performed in the presence of a base. As the base, a general base can be appropriately selected and used. In terms of production, it is preferable to use an inorganic base such as sodium hydroxide, sodium carbonate or tripotassium phosphate or an organic base such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide or tetrabutylammonium hydroxide as the base. . In particular, organic bases such as tetraethylammonium hydroxide and tetrabutylammonium hydroxide are particularly preferable in terms of polymerizability because they serve as a phase transfer catalyst together with the role of the base in the reaction system. The amount of the base is not particularly limited as long as the Suzuki polymerization reaction proceeds, but it is preferably 2 equivalents or more with respect to the halogenated dithienylthienopyrazine derivative.

上記の鈴木重合における反応溶媒は、使用するハロゲン化ジチエニルチエノピラジン誘導体(4)及び/またはAモノマー(5)が溶解する溶媒を適宜選択して用いることができる。反応溶媒の具体例としては、アミド系溶媒であるジメチルホルムアミド(DMF)やフラン系溶媒であるテトラヒドロフラン(THF)、芳香族系溶媒であるトルエン、キシレン、含ハロゲン系溶媒であるオルトジクロロベンゼン、クロロホルム等の有機溶剤を単独または混合して用いることができる。また、これらの有機溶媒と水との混合溶媒も使用することができる。特に芳香族炭化水素系溶媒と水の二相系混合溶媒は、原料モノマーと相間移動触媒の役割を果たす塩基を溶解するために好ましい。その一例としてはトルエンと水の二相系混合溶媒が挙げられる。   As the reaction solvent in the above Suzuki polymerization, a solvent in which the halogenated dithienyl thienopyrazine derivative (4) and / or the A monomer (5) to be used is appropriately selected can be used. Specific examples of the reaction solvent include dimethylformamide (DMF) which is an amide solvent, tetrahydrofuran (THF) which is a furan solvent, toluene and xylene which are aromatic solvents, orthodichlorobenzene and chloroform which are halogen-containing solvents. These organic solvents can be used alone or in combination. Moreover, the mixed solvent of these organic solvents and water can also be used. In particular, a two-phase mixed solvent of an aromatic hydrocarbon solvent and water is preferable for dissolving a raw material monomer and a base that serves as a phase transfer catalyst. One example is a two-phase mixed solvent of toluene and water.

本発明における鈴木重合反応の反応温度は、一般に50℃〜150℃であり、好ましくは70℃〜130℃である。50℃未満では反応の進行が遅く、150℃より反応温度が高い場合、分解し、低分子量の共役系高分子化合物が生成する場合がある。   The reaction temperature of the Suzuki polymerization reaction in the present invention is generally 50 ° C to 150 ° C, preferably 70 ° C to 130 ° C. If the reaction temperature is lower than 50 ° C., the reaction proceeds slowly, and if the reaction temperature is higher than 150 ° C., it may decompose and produce a low molecular weight conjugated polymer compound.

本発明における共役系高分子化合物の取り出し方法は、特に限定されない。例えば室温まで放冷後、水とメタノールの混合溶液に投入し、スラリー化すると、未反応のモノマーと分離することができるため、容易に得られた固形物をろ過等の方法で取り出すことができ、好ましい。このろ過の方法としては、特に限定されないが、例えば、ヌッチェ、加圧式ろ過器、遠心分離、フィルタープレス等を用いることができる。更に得られた共役系高分子化合物をメタノール及び/または水で洗浄してもよい。また、パラジウム触媒の除去方法としては、特に限定されないが、例えば得られた共役系高分子化合物をクロロホルム等の有機溶媒に溶解した後にろ過によって除去できる。   The method for taking out the conjugated polymer compound in the present invention is not particularly limited. For example, after allowing to cool to room temperature, it is poured into a mixed solution of water and methanol and slurried, so that it can be separated from unreacted monomers, so that the obtained solid can be easily taken out by a method such as filtration. ,preferable. Although it does not specifically limit as this filtration method, For example, a Nutsche, a pressurization type filter, centrifugation, a filter press etc. can be used. Further, the obtained conjugated polymer compound may be washed with methanol and / or water. The method for removing the palladium catalyst is not particularly limited. For example, the obtained conjugated polymer compound can be removed by filtration after dissolving it in an organic solvent such as chloroform.

本発明の共役系高分子化合物の製造方法は乾燥する工程を包含することもできる。乾燥方法としては公知な方法を用いる事ができる。より具体的には熱により乾燥する方法、真空により乾燥する方法があり、またその組み合わせにより乾燥することもできる。   The manufacturing method of the conjugated polymer compound of this invention can also include the process of drying. As a drying method, a known method can be used. More specifically, there are a method of drying by heat and a method of drying by vacuum, and a combination thereof can also be used.

本発明の共役系高分子化合物のモノマーセグメントの具体例を、以下に示す。なお、共役系高分子化合物のモノマーセグメントはこれらに限定されるものではない。2EtHxは、2−エチルヘキシル基を示す。   Specific examples of the monomer segment of the conjugated polymer compound of the present invention are shown below. The monomer segment of the conjugated polymer compound is not limited to these. 2EtHx represents a 2-ethylhexyl group.

(有機光電変換素子)
本発明の共役系高分子化合物を用いた光電変換素子は、例えば、図1の概略図に示す通りである。前記光電変換素子は、支持体と一対の電極と正孔輸送層や電子輸送層等のバッファー層、p型有機半導体材料(電子供与性材料)とn型有機半導体材料を(電子受容性材料)混合し製膜した光電変換層を積層した構造を少なくとも構成されたものである。積層する順により順型光電変換素子、逆型光電変換素子と分類されるが、Japanese J Applied Physics 53,05FJ08(2014)の記載のように、近年は金等の非腐食性金属を上部に積層する逆型光電変換素子が、有機薄膜太陽電池デバイスの耐久性の面で着目されている。
(Organic photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element using the conjugated polymer compound of the present invention is, for example, as shown in the schematic diagram of FIG. The photoelectric conversion element comprises a support, a pair of electrodes, a buffer layer such as a hole transport layer or an electron transport layer, a p-type organic semiconductor material (electron-donating material) and an n-type organic semiconductor material (electron-accepting material). At least a structure in which photoelectric conversion layers mixed and formed is laminated is formed. Although it is classified as a forward photoelectric conversion element or a reverse photoelectric conversion element depending on the order of stacking, as described in Japan J Applied Physics 53,05FJ08 (2014), in recent years, a non-corrosive metal such as gold is stacked on top. The reverse type photoelectric conversion element which attracts attention in terms of durability of the organic thin film solar cell device.

本発明の光電変換素子における、支持体としては、電極を安定して保持することができれば、特に材質を問わないが、光電変換素子において使用される所定の波長領域の光を透過する必要がある。そのため、支持体として、ガラスまたは透明ポリマーフィルム(ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等)等を好適に用いることができる。   The support in the photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited as long as the electrode can be stably held, but it is necessary to transmit light in a predetermined wavelength region used in the photoelectric conversion element. . Therefore, glass or a transparent polymer film (polyethylene terephthalate, polycarbonate, etc.) can be suitably used as the support.

本発明の有機光電変換素子の電極材料としては、特に限定されない。例えば、順型の光電変換素子における陰極の場合、電子受容性材料のLUMOレベルに対してエネルギー障壁が小さく、仕事関数が比較的小さなものが好適に用いられる。このような電極材料として、例えば、Al、Pt,Ir、Cr、ZnO、CNT、及びそれらの合金、複合体等が挙げられる。一方、逆型の光電変換素子における陽極の場合、例えば金等の高仕事関数の金属を用いることができる。   It does not specifically limit as an electrode material of the organic photoelectric conversion element of this invention. For example, in the case of a cathode in a normal photoelectric conversion element, a cathode having a small energy barrier and a relatively small work function with respect to the LUMO level of the electron-accepting material is preferably used. Examples of such an electrode material include Al, Pt, Ir, Cr, ZnO, CNT, and alloys and composites thereof. On the other hand, in the case of the anode in the inverted photoelectric conversion element, for example, a metal having a high work function such as gold can be used.

前述した順型光電変換素子の陰極または逆型光電変換素子の陽極と対となる電極としては、透明性を有する必要があるため、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛,ITO(スズドープ酸化インジウム)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、PEDOT:PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン):ポリ(スチレンスルホン酸)等の透明性を有する材料を好適に用いることができる。   Since the electrode paired with the cathode of the above-described forward photoelectric conversion element or the anode of the reverse photoelectric conversion element needs to have transparency, for example, titanium oxide, zinc oxide, ITO (tin-doped indium oxide), FTO A material having transparency such as (fluorine-doped tin oxide), PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonic acid)) can be suitably used.

電極の形成方法としては、特に制限はされず、例えば、真空蒸着、各種スパッタリング等の方法が挙げられる。   The method for forming the electrode is not particularly limited, and examples thereof include vacuum deposition and various sputtering methods.

バッファー層における正孔輸送層には、光電変換層にて発生した電子をカソード電極に流さない整流効果を持つ材料が好適に用いられる。より具体的にはPEDOT:PSSやトリアリールアミン系化合物、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物を用いることもできる。   For the hole transport layer in the buffer layer, a material having a rectifying effect that prevents electrons generated in the photoelectric conversion layer from flowing to the cathode electrode is preferably used. More specifically, metal oxides such as PEDOT: PSS, triarylamine compounds, molybdenum oxide, nickel oxide, and tungsten oxide can also be used.

バッファー層における電子輸送層には、光電変換層にて発生した正孔をアノード電極に流さない整流効果を持つ材料が好適に用いられる。より具体的には酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等の無機酸化物やフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物を用いることもできる。   For the electron transport layer in the buffer layer, a material having a rectifying effect that does not flow holes generated in the photoelectric conversion layer to the anode electrode is preferably used. More specifically, inorganic oxides such as titanium oxide, zinc oxide, and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride can also be used.

また、p型半導体材料及びn型半導体材料を含む光電変換層の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、スピンコート及びバーコート等の塗布法、真空蒸着法等が挙げられる。これらの中でも、p型半導体材料及びn型半導体材料を含む溶液を塗布する方法が好ましい。この溶液に含まれる溶媒としては、特に限定されず、例えば、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、テトラヒドロフラン等を用いることができる。   In addition, a method for forming a photoelectric conversion layer including a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material is not particularly limited, and examples thereof include a coating method such as spin coating and bar coating, and a vacuum deposition method. Among these, a method of applying a solution containing a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material is preferable. The solvent contained in this solution is not particularly limited, and for example, chlorobenzene, orthodichlorobenzene, chloroform, dichloromethane, toluene, tetrahydrofuran and the like can be used.

本発明の共役系高分子化合物は電子供与性に優れているため、p型有機半導体材料として、用いることができる。n型有機半導体材料としては、特に限定されず、例えばオキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、フラーレン化合物、カーボンナノチューブ(CNT)、ポリ−p−フェニレンビニレン系重合体にシアノ基を導入した誘導体(CN−PPV)等が挙げられる。これらの中でも、安定でキャリア移動度の高いn型半導体材料であることから、フラーレン化合物が好ましい。   Since the conjugated polymer compound of the present invention is excellent in electron donating property, it can be used as a p-type organic semiconductor material. The n-type organic semiconductor material is not particularly limited. For example, a cyano group is introduced into an oxazole derivative, a triazole derivative, a phenanthroline derivative, a phosphine oxide derivative, a fullerene compound, a carbon nanotube (CNT), or a poly-p-phenylene vinylene polymer. Derivatives (CN-PPV) and the like. Among these, a fullerene compound is preferable because it is an n-type semiconductor material that is stable and has high carrier mobility.

上記フラーレン化合物の具体例としては、例えば、6,6−フェニルC61ブチリックアシッドメチルエステル(PC60BM)、6,6−フェニルC71−ブチリックアシッドメチルエステル(PC70BM)等が挙げられる。これらの中でも、優れた電子受容性を有する観点から、PC60BMやPC70BMが好ましい。なお、これらのn型半導体材料は、単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。 Specific examples of the fullerene compound include, for example, 6,6-phenyl C 61 butyric acid methyl ester (PC 60 BM), 6,6-phenyl C 71 -butyric acid methyl ester (PC 70 BM), and the like. It is done. Among these, PC 60 BM and PC 70 BM are preferable from the viewpoint of having excellent electron acceptability. These n-type semiconductor materials can be used alone or in combination of two or more.

光電変換層がバルクヘテロ接合型の活性層であり、それを塗布法により形成する場合、光電変換率向上の観点から上記溶媒に0.1重量%〜10重量%の低分子量の化合物を添加してもよい。前記低分子量の化合物の例としては、置換基を有するアルカン、置換基を有するアルカンチオール、芳香族化合物等が挙げられる。   When the photoelectric conversion layer is an active layer of a bulk heterojunction type and is formed by a coating method, 0.1 wt% to 10 wt% of a low molecular weight compound is added to the solvent from the viewpoint of improving the photoelectric conversion rate. Also good. Examples of the low molecular weight compound include alkane having a substituent, alkanethiol having a substituent, and an aromatic compound.

置換基を有するアルカンとしては、1,4−ジヨードブタン、1,5−ジヨードペンタン、1,6−ジヨードヘキサン、1,7−ジヨードペンタン、1,8−ジヨードオクタン、1,9−ジヨードノナン、1,10−ジヨードデカン等のハロゲン化アルカン類が好適な例として挙げられる。   Examples of the alkane having a substituent include 1,4-diiodobutane, 1,5-diiodopentane, 1,6-diiodohexane, 1,7-diiodopentane, 1,8-diiodooctane, 1,9- Suitable examples include halogenated alkanes such as diiodononane and 1,10-diiododecane.

置換基を有するアルカンチオールとしては1,4−ブタンジチオール、1,5−ヘキサンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、1,7−ヘプタンジチオール、1,8−オクタンジチオール、1,9−ノナンジチオール、1,10−デカンジチオール等のアルカンチオール類が好適な例として挙げられる。
芳香族化合物としては、1−クロロナフタレン、1−ブロモナフタレン等が好適な例として挙げられる。
As the alkanethiol having a substituent, 1,4-butanedithiol, 1,5-hexanedithiol, 1,6-hexanedithiol, 1,7-heptanedithiol, 1,8-octanedithiol, 1,9-nonanedithiol, Preferred examples include alkanethiols such as 1,10-decanedithiol.
Preferred examples of the aromatic compound include 1-chloronaphthalene and 1-bromonaphthalene.

(有機薄膜太陽電池)
本発明の有機薄膜太陽電池は、本発明の光電変換素子を含む。図1には、順型光電変換素子(A)及び逆型光電変換素子(B)を示したが、これに限定されるものではない。
(Organic thin film solar cell)
The organic thin film solar cell of the present invention includes the photoelectric conversion element of the present invention. Although FIG. 1 shows the forward photoelectric conversion element (A) and the reverse photoelectric conversion element (B), the present invention is not limited to this.

従来の順型光電変換素子のカソード電極としてはアルミニウムが用いられている。このアルミニウムは大気中の酸素と反応して絶縁性になりやすく、有機薄膜太陽電池のデバイスとして用いた場合に、耐久性の低下や、光電変換率の低下の原因となる。そこで本発明では、光を取り入れる側から順に、ガラス基板、カソード電極である透明なITO電極、電子輸送層、光電変換層、正孔輸送層、アノード電極として金等の酸化されにくい金属を用いた逆型光電変換素子のほうが、有機薄膜太陽電池において本発明の光電変換素子を用いた場合に、耐腐食性、高耐久性の観点から好ましい。   Aluminum is used as a cathode electrode of a conventional forward photoelectric conversion element. This aluminum easily reacts with oxygen in the atmosphere to become insulating, and when used as a device for an organic thin film solar cell, it causes a decrease in durability and a decrease in photoelectric conversion rate. Therefore, in the present invention, a glass substrate, a transparent ITO electrode as a cathode electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer, a hole transport layer, and an anode electrode such as gold are used in order from the light receiving side. The reverse photoelectric conversion element is preferable from the viewpoint of corrosion resistance and high durability when the photoelectric conversion element of the present invention is used in an organic thin film solar cell.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものと解してはならない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, it should not be understood that the scope of the present invention is limited to these examples.

(製造例1)2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェンの合成
J.Chem.Crystallogr.2007,37,387を参考に合成し、2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェンを75.5g(収率55.1%)得た。
(11)
Production Example 1 Synthesis of 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene
J.Chem.Crystallogr.2007,37,387 was synthesized with reference to obtain 75.5 g (yield 55.1%) of 2,5-dibromo-3,4-dinitrothiophene.
(11)

(製造例2)3’,4’−ジニトロ−2,2’:5’,2’’−ターチオフェンの合成
2Lのセパラブルフラスコにトルエン/エタノール=1/2 775ml、2M炭酸ナトリウム水溶液225ml、2,5−ジブロモ−3,4−ジニトロチオフェン 75.0g(0.226mol)、2−チオフェンボロン酸86.7g(0.678mol)を投入し、30分間窒素バブリングした。その後、Pd(PPh 26.1g(0.023mol、10mol%)を投入し、6時間撹拌還流した。室温まで放冷した後、水2Lを投入、クロロホルム2Lで1回、1Lで1回抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで脱水、ろ過し、エバポレーターで濃縮、40℃で16時間減圧乾燥して98gの茶色固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラム(展開溶媒:クロロホルム/ヘキサン=2/1)に付し、黄色フラクションを分取した。熱クロロホルム300mlに溶解、メタノール300mlで再沈させ、メタノール100mlで洗浄、40℃で16時間減圧乾燥して黄色固体を37.5g(収率49.0%)得た。
(12)
Production Example 2 Synthesis of 3 ′, 4′-dinitro-2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene In a 2 L separable flask, toluene / ethanol = 1/2 775 ml, 2M sodium carbonate aqueous solution 225 ml, 2,5-Dibromo-3,4-dinitrothiophene 75.0 g (0.226 mol) and 2-thiopheneboronic acid 86.7 g (0.678 mol) were added, and nitrogen was bubbled for 30 minutes. Thereafter, 26.1 g (0.023 mol, 10 mol%) of Pd (PPh 3 ) 4 was added, and the mixture was stirred and refluxed for 6 hours. After allowing to cool to room temperature, 2 L of water was added and extracted once with 2 L of chloroform and once with 1 L of chloroform. The organic layer was dehydrated with magnesium sulfate, filtered, concentrated with an evaporator, and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours to obtain 98 g of a brown solid. The obtained solid was applied to a silica gel column (developing solvent: chloroform / hexane = 2/1) to fractionate a yellow fraction. This was dissolved in 300 ml of hot chloroform, reprecipitated with 300 ml of methanol, washed with 100 ml of methanol, and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours to obtain 37.5 g (yield 49.0%) of a yellow solid.
(12)

(製造例3)3’,4’−ジアミノ−2,2’:5’,2’’−ターチオフェンの合成
Chem.Mater.1996,8,570を参考に合成し、3’,4’−ジアミノ−2,2’:5’,2’’−ターチオフェン22.5g(収率74.2%)を得た。
(13)
Production Example 3 Synthesis of 3 ′, 4′-diamino-2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene
Chem. Mater. 1996, 8, 570 was synthesized with reference to 22.5 g of 3 ′, 4′-diamino-2,2 ′: 5 ′, 2 ″ -terthiophene (yield 74.2%).
(13)

(製造例4)5,7−ビス(2−チエニル)チエノ[3,4−b]ピラジン−2,3(1H,4H)−ジオンの合成
J.Org.Chem.2013,78,5453-5462を参考に合成し、5,7−ビス(2−チエニル)チエノ[3,4−b]ピラジン−2,3(1H,4H)−ジオン16.6g(収率63.2%)を得た。
(14)
Production Example 4 Synthesis of 5,7-bis (2-thienyl) thieno [3,4-b] pyrazine-2,3 (1H, 4H) -dione
Synthesized with reference to J. Org. Chem. 2013,78,5453-5462, and 5,7-bis (2-thienyl) thieno [3,4-b] pyrazine-2,3 (1H, 4H) -dione 16 0.6 g (yield 63.2%) was obtained.
(14)

(製造例5)5,7−ビス(2−チエニル)2,3−ビス(トリフルオロメタンスルホネート)チエノ[3,4−b]ピラジンの合成
J.Org.Chem.2013,78,5453-5462を参考に合成し、5,7−ビス(2−チエニル)2,3−ビス(トリフルオロメタンスルホネート)チエノ[3,4−b]ピラジン23.7g(収率80.3%)を得た。
(15)
Production Example 5 Synthesis of 5,7-bis (2-thienyl) 2,3-bis (trifluoromethanesulfonate) thieno [3,4-b] pyrazine
Synthesized with reference to J. Org. Chem. 2013, 78, 5543-5462, and 5,7-bis (2-thienyl) 2,3-bis (trifluoromethanesulfonate) thieno [3,4-b] pyrazine 23. 7 g (yield 80.3%) was obtained.
(15)

(実施例1)共役系高分子化合物1の合成
(スルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体の合成)
500mlの三口フラスコを窒素置換し、脱水テトラヒドロフラン200ml、オクタンチオール3.06g(21.0mmol)を加え、エタノール/ドライアイス浴にて−66℃まで冷却した。そこにノルマルブチルリチウムヘキサン溶液13.1ml(1.6Mヘキサン溶液、21.0mmol)を滴下し、1時間撹拌した。その後、製造例5で合成した5,7−ビス(2−チエニル)2,3−ビス(トリフルオロメタンスルホネート)チエノ[3,4−b]ピラジン5.0g(8.38mmol)/脱水テトラヒドロフラン250ml溶液を30分かけて滴下した。冷媒を外して1時間撹拌した後、反応液にメタノール400mlを投入、析出物をろ取、メタノール300mlで洗浄した。40℃で16時間減圧乾燥を行い、赤色固体(化合物A2)4.06g(収率82.2%)を得た。
Example 1 Synthesis of Conjugated Polymer Compound 1 (Synthesis of a sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative)
A 500 ml three-necked flask was purged with nitrogen, 200 ml of dehydrated tetrahydrofuran and 3.06 g (21.0 mmol) of octanethiol were added, and the mixture was cooled to −66 ° C. in an ethanol / dry ice bath. Thereto, 13.1 ml of normal butyl lithium hexane solution (1.6 M hexane solution, 21.0 mmol) was added dropwise and stirred for 1 hour. Then, 5.0 g (8.38 mmol) of 5,7-bis (2-thienyl) 2,3-bis (trifluoromethanesulfonate) thieno [3,4-b] pyrazine synthesized in Production Example 5/250 ml of dehydrated tetrahydrofuran Was added dropwise over 30 minutes. After removing the refrigerant and stirring for 1 hour, 400 ml of methanol was added to the reaction solution, and the precipitate was collected by filtration and washed with 300 ml of methanol. It dried under reduced pressure at 40 degreeC for 16 hours, and obtained 4.06 g (yield 82.2%) of red solid (compound A2).

(17) (17)

得られた化合物A2について、元素分析装置(EA:株式会社パーキンエルマージャパン社製 2400II 全自動元素分析装置)及びH−核磁気共鳴装置,13C−核磁気共鳴装置(NMR:日本電子社製 JNM−AL300)、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR:日本電子株式会社製 JIR−SPX60S)、液体クロマトグラフィー質量分析装置(LC/MS:日立社製 M−8000)、ガスクロマトグラフィー質量分析計(GC/MS:アジレントテクノロジーズ社製 GC/MS Spectrometer 6890N/5973N)、示差熱・熱重量測定(TG/DTA:SIIナノテクノロジーズ社製 TG/DTA6200)の測定結果を以下に示す。これらの結果から、化合物A2の構造を確認した。
化合物A2:C3040 分子量 588.98
About the obtained compound A2, elemental analyzer (EA: Perkin Elmer Japan Co., Ltd. 2400II fully automatic elemental analyzer) and 1 H-nuclear magnetic resonance apparatus, 13 C-nuclear magnetic resonance apparatus (NMR: manufactured by JEOL Ltd.) JNM-AL300), Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR: JIR-SPX60S manufactured by JEOL Ltd.), liquid chromatography mass spectrometer (LC / MS: M-8000 manufactured by Hitachi, Ltd.), gas chromatography mass The measurement results of an analyzer (GC / MS: GC / MS Spectrometer 6890N / 5973N manufactured by Agilent Technologies) and differential heat / thermogravimetry (TG / DTA: TG / DTA 6200 manufactured by SII Nano Technologies) are shown below. From these results, the structure of Compound A2 was confirmed.
Compound A2: C 30 H 40 N 2 S 5 molecular weight 588.98

H NMR(CDCl、300MHz)δ(ppm):0.88(6H,t),1.30(16H,m),1.53(4H,m),1.86(4H,m),3.38(4H,t),7.08(2H,dd),7.33(2H,dd),7.48(2H,dd)
13C NMR(CDCl、75.45MHz)δ(ppm):14.1,22.7,28.7,29.3,29.4,31.2,31.8,122.1,123.5,125.8,126.9,134.8,136.2,155.3
IR(KBr)(cm−1):2952,2923,2850,1506,1467,1415,1400,1363,1336,1224,1137,1087,1054,1045,846,833,821,804,686,655,593
LC/MS m/z=589.40(APCI+)
m.p.:99.7℃
1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ (ppm): 0.88 (6H, t), 1.30 (16H, m), 1.53 (4H, m), 1.86 (4H, m), 3.38 (4H, t), 7.08 (2H, dd), 7.33 (2H, dd), 7.48 (2H, dd)
13 C NMR (CDCl 3 , 75.45 MHz) δ (ppm): 14.1, 22.7, 28.7, 29.3, 29.4, 31.2, 31.8, 122.1, 123. 5, 125.8, 126.9, 134.8, 136.2, 155.3
IR (KBr) (cm −1 ): 2952, 2923, 2850, 1506, 1467, 1415, 1400, 1363, 1336, 1224, 1137, 1087, 1054, 1045, 846, 833, 821, 804, 686, 655 593
LC / MS m / z = 589.40 (APCI +)
m. p. : 99.7 ° C

(ハロゲン化スルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体の合成)
1LのセパラブルフラスコにDMF660ml、化合物A2 3.30g(5.60mmol)、N−ヨードスクシンイミド2.58g(11.5mmol)のDMF20ml溶液を滴下し、80℃で1時間撹拌した。その後、N−ヨードスクシンイミド0.25g(1.12mmol)のDMF1ml溶液を滴下して、80℃で1時間撹拌し、更にN−ヨードスクシンイミド0.06g(0.28mmol)のDMF0.5ml溶液を滴下して80℃で1時間撹拌した。室温に冷却後、反応液を水300mlに投入し、析出物をろ取し、水300ml、メタノール300mlで洗浄した。40℃で16時間減圧乾燥して紫色固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラム(クロロホルム/ヘキサン=1/3)に付し、紫色フラクションを分取した。これをクロロホルムとヘキサンで再沈精製を2回行い、40℃で16時間減圧乾燥して紫色紛体(化合物B2)2.05g(収率43.5%)を得た。
(Synthesis of halogenated sulfanyl-substituted dithienyl thienopyrazine derivatives)
A DMF solution of 660 ml of DMF, 3.30 g (5.60 mmol) of Compound A2 and 2.58 g (11.5 mmol) of N-iodosuccinimide was added dropwise to a 1 L separable flask and stirred at 80 ° C. for 1 hour. Thereafter, 1 ml of a DMF solution of 0.25 g (1.12 mmol) of N-iodosuccinimide was added dropwise and stirred at 80 ° C. for 1 hour, and a solution of 0.5 ml of DMF of 0.06 g (0.28 mmol) of N-iodosuccinimide was added dropwise. And stirred at 80 ° C. for 1 hour. After cooling to room temperature, the reaction solution was poured into 300 ml of water, and the precipitate was collected by filtration and washed with 300 ml of water and 300 ml of methanol. A purple solid was obtained by drying under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours. The obtained solid was applied to a silica gel column (chloroform / hexane = 1/3), and a purple fraction was collected. This was purified by reprecipitation twice with chloroform and hexane and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours to obtain 2.05 g (yield 43.5%) of a purple powder (Compound B2).

(18) (18)

得られた化合物B2について、先と同様に、元素分析及びH−NMR、13C−NMR、IR、LC/MS、TG/DTAの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、化合物B2の構造を確認した。
化合物B2:C3038 分子量 840.77
The obtained compound B2 was subjected to elemental analysis and measurement of 1 H-NMR, 13 C-NMR, IR, LC / MS, and TG / DTA in the same manner as described above. The results are shown below. From these results, the structure of Compound B2 was confirmed.
Compound B2: C 30 H 38 I 2 N 4 S 5 molecular weight 840.77

H NMR(CDCl、300MHz)δ(ppm):0.88(6H,t),1.32(16H,m),1.55(4H,m),1.84(4H,m),3.28(4H,t),6.99(2H,d),7.16(2H,d)
13C NMR(CDCl、75.45MHz)δ(ppm):14.1,22.7,28.7,29.3,29.7,31.3,31.8,75.2,121.2,123.9,136.2,136.3,140.3,155.9
IR(KBr)(cm−1):2954,2923,2852,1506,1494,1463,1405,1365,1303,1139,1062,1047,944,896,854,779,721,657,603
LC/MS m/z=841.0(APCI+)
m.p.:175.4℃
1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ (ppm): 0.88 (6H, t), 1.32 (16H, m), 1.55 (4H, m), 1.84 (4H, m), 3.28 (4H, t), 6.99 (2H, d), 7.16 (2H, d)
13 C NMR (CDCl 3 , 75.45 MHz) δ (ppm): 14.1, 22.7, 28.7, 29.3, 29.7, 31.3, 31.8, 75.2, 121. 2, 123.9, 136.2, 136.3, 140.3, 155.9
IR (KBr) (cm < -1 >): 2954, 2923, 2852, 1506, 1494, 1463, 1405, 1365, 1303, 1139, 1062, 1047, 944, 896, 854, 779, 721, 657, 603
LC / MS m / z = 841.0 (APCI +)
m. p. 175.4 ° C

(カルバゾールの誘導体のアルキル化)
2Lのセパラブルフラスコを窒素置換し、2,7−ジブロモ−9−H−カルバゾール48.0g(148mmol 東京化成社製)、ジメチルスルホキシド360ml及び粉末水酸化カリウム41.5g(740mmol、5.0eq.)を加え、これに9−ヘプタデカン−p−トルエンスルフォネート121.6g(296mmol,2.0eq.)のジメチルスルホキシド150ml溶液を4時間30分かけて滴下した。滴下終了後、室温で17時間撹拌を行った。その後、粉末水酸化カリウム8.4g(150mmol、1.0eq.)を加え、9−ヘプタデカン−p−トルエンスルフォネート36.4g(296mmol,2.0eq.)のジメチルスルホキシド40ml溶液を25分間で滴下した。滴下終了後、室温で17時間撹拌を行った。反応溶液を水0.6L中に加え、ヘキサン0.6Lで4回抽出を行った。有機層を合わせ、水0.6Lにて2回洗浄を行った。硫酸マグネシウムで脱水後、ろ過し、エバポレーターにて溶媒を減圧留去した。この濃縮液をシリカゲルカラム(展開溶媒ヘキサン)に付しRf値0.7の成分を分取し、エバポレーターで濃縮した。氷浴下でヘキサン40mlを投入、撹拌後、ろ取し、40℃で16時間減圧乾燥した。白色の固体とした化合物C3の前駆体であるN−9’−ヘプタデカニル−2,7−ジブロモカルバゾール62.6g(収率75.1%)を得た。
(Alkylation of carbazole derivatives)
The 2 L separable flask was replaced with nitrogen, 48.0 g of 2,7-dibromo-9-H-carbazole (148 mmol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 360 ml of dimethyl sulfoxide and 41.5 g (740 mmol, 5.0 eq. ), And a solution of 91.6-heptadecane-p-toluenesulfonate 121.6 g (296 mmol, 2.0 eq.) In dimethyl sulfoxide 150 ml was added dropwise over 4 hours 30 minutes. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 17 hours. Thereafter, 8.4 g (150 mmol, 1.0 eq.) Of powdered potassium hydroxide was added, and a solution of 36.4 g (296 mmol, 2.0 eq.) Of 9-heptadecane-p-toluenesulfonate in 40 ml of dimethyl sulfoxide was added over 25 minutes. It was dripped. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 17 hours. The reaction solution was added to 0.6 L of water and extracted four times with 0.6 L of hexane. The organic layers were combined and washed twice with 0.6 L of water. After dehydration with magnesium sulfate, the mixture was filtered, and the solvent was distilled off under reduced pressure using an evaporator. This concentrated solution was applied to a silica gel column (developing solvent hexane), and a component having an Rf value of 0.7 was collected and concentrated by an evaporator. In an ice bath, 40 ml of hexane was added, stirred, filtered, and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours. As a white solid, 62.6 g (yield: 75.1%) of N-9′-heptadecanyl-2,7-dibromocarbazole, which is a precursor of Compound C3, was obtained.

(19) (19)

(ボロン酸またはそのエステルによってホウ素化されたカルバゾール誘導体の合成)
2,7−ビス(4’,4’,5’,5’−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)−N−9’’−ヘプタデカニルカルバゾール
窒素置換した2Lの4つ口フラスコに、化合物C3の前駆体であるN−9’−ヘプタデカニル−2,7−ジブロモカルバゾール60.0g(106mmol)、テトラヒドロフラン1080mlを加え、ドライアイス/エタノール浴にて−66℃まで冷却した。1.6Mブチルリチウム/ヘキサン溶液266ml(426mmol、4.0eq.)を滴下し、−66℃で1時間撹拌を行った。1時間撹拌後、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94.5ml(426mmol、4.0eq.)を加え、更に66℃で1時間撹拌を行った。室温に戻し、室温で20時間撹拌を行った。メタノール250mlを加えてクエンチを行い、反応液をエバポレーターにて濃縮を行った。析出した固体を50%メタノール水溶液500mlで2回分散洗浄を行い、更にメタノール500mlで2回分散洗浄を行った。得られた固体を50℃で16時間減圧乾燥を行った。乾燥終了後、アセトン/メタノールで再沈精製を行い、40℃で16時間減圧乾燥を行い、白色の固体として2,7−ビス(4’,4’,5’,5’−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)−N−9’’−ヘプタデカニルカルバゾール(化合物C3)を25.8g(収率37.0%)得た。
(Synthesis of carbazole derivatives boronated with boronic acid or its ester)
2,7-bis (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5′-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) -N-9 ″ -heptadecanylcarbazole nitrogen substitution N-9′-heptadecanyl-2,7-dibromocarbazole 60.0 g (106 mmol), which is a precursor of Compound C3, and 1080 ml of tetrahydrofuran were added to the 2 L four-necked flask, and −66 in a dry ice / ethanol bath. Cooled to ° C. 266 ml (426 mmol, 4.0 eq.) Of 1.6 M butyl lithium / hexane solution was added dropwise, and the mixture was stirred at −66 ° C. for 1 hour. After stirring for 1 hour, 94.5 ml (426 mmol, 4.0 eq.) Of 2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane was added, and the mixture was further stirred at 66 ° C. for 1 hour. went. It returned to room temperature and stirred at room temperature for 20 hours. Quenching was performed by adding 250 ml of methanol, and the reaction solution was concentrated with an evaporator. The precipitated solid was dispersed and washed twice with 500 ml of 50% aqueous methanol solution, and further dispersed and washed twice with 500 ml of methanol. The obtained solid was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 16 hours. After completion of drying, reprecipitation purification with acetone / methanol was performed, followed by drying under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours to obtain 2,7-bis (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5′-tetramethyl-1 as a white solid. 25.8 g (yield 37.0%) of ', 3', 2'-dioxaborolan-2'-yl) -N-9 ''-heptadecanylcarbazole (Compound C3) was obtained.

(20) (20)

得られた化合物C3について、先と同様に元素分析及びH−NMR、13C−NMR、IR、LC/MS、TG/DTAの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、化合物C3の構造を確認した。
化合物C3:C4165NO 分子量 657.58
About the obtained compound C3, the elemental analysis and the measurement of 1 H-NMR, 13 C-NMR, IR, LC / MS, and TG / DTA were performed in the same manner as described above. The results are shown below. From these results, the structure of Compound C3 was confirmed.
Compound C3: C 41 H 65 B 2 NO 4 molecular weight 657.58

H NMR(CDCl、300MHz)δ(ppm):0.81(6H,t),0.97(2H,m),1.12(22H,m),1.39(24H,s),1.93(2H,m),2.31(2H,m),4.69(1H,m),7.67(2H,d),7.89(1H,s),8.02(1H,s),8.12(2H,t)
13C NMR(CDCl、75.45MHz)δ(ppm):14.1,22.6,24.9,26.8,29.2,29.3,29.5,31.8,33.8,56.4,83.7,115.4,118.1,119.7,120.0,124.6,126.0,138.7,141.9
IR(KBr)(cm−1):2981,2923,2856,1621,1558,1481,1454,1430,1349,1267,1145,1079,1054,1033,1014,970,858,825,690
LC/MS m/z=657.93(APCI+)
m.p.:144.7℃
1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ (ppm): 0.81 (6H, t), 0.97 (2H, m), 1.12 (22H, m), 1.39 (24H, s), 1.93 (2H, m), 2.31 (2H, m), 4.69 (1H, m), 7.67 (2H, d), 7.89 (1H, s), 8.02 (1H , S), 8.12 (2H, t)
13 C NMR (CDCl 3 , 75.45 MHz) δ (ppm): 14.1, 22.6, 24.9, 26.8, 29.2, 29.3, 29.5, 31.8, 33. 8,56.4,83.7,115.4,118.1,119.7,120.0,124.6,126.0,138.7,141.9
IR (KBr) (cm −1 ): 2981, 2923, 2856, 1621, 1558, 1481, 1454, 1430, 1349, 1267, 1145, 1079, 1054, 1033, 1014, 970, 858, 825, 690
LC / MS m / z = 657.93 (APCI +)
m. p. 144.7 ° C

(共役系高分子化合物1の合成)
100mlの三口フラスコにトルエン30ml、20%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液15ml、化合物B2 2.0g(2.38mmol)、化合物C3 2,7−ビス(4’,4’,5’,5’−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)−N−9’’−ヘプタデカニルカルバゾール1.64g(2.5mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム21.8mg(1.0mol%)、トリス(o−トリル)ホスフィン28.9mg(4.0mol%)を投入し、90℃で22時間加熱撹拌を行った。ヨードベンゼンを3滴投入し1時間攪拌し、(4’,4’,5’,5’−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)ベンゼンを3滴投入し、90℃で6時間加熱撹拌を行った。反応溶液を90%メタノール水溶液500mlに投入し、スラリーをろ取し、90%メタノール水溶液100ml、メタノール200mlで洗浄を行った。40℃で16時間減圧乾燥を行い、緑色固体を得た。
得られた固体をメタノール1.4L中で1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行った。この操作をアセトン、ヘキサンの順で同様に行い、各溶剤への溶解物を取り除いた。更にクロロホルム1.4Lを用いて1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行った。この操作を4回繰り返した後、各ろ液をまとめエバポレーターにて50mlまで濃縮、メタノール100mlを加えてスラリー化して、ろ取し、メタノール200mlで洗浄した。40℃で16時間減圧乾燥を行い、緑色固体(共役系高分子化合物1:P03)0.80g(収率32.5%)を得た。
(Synthesis of Conjugated Polymer Compound 1)
In a 100 ml three-necked flask, 30 ml of toluene, 15 ml of 20% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution, 2.0 g (2.38 mmol) of compound B2, compound C3 2,7-bis (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5′-tetramethyl) -1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) -N-9 ″ -heptadecanylcarbazole 1.64 g (2.5 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium 21.8 mg (1 0.0 mol%) and 28.9 mg (4.0 mol%) of tris (o-tolyl) phosphine were added, followed by heating and stirring at 90 ° C. for 22 hours. 3 drops of iodobenzene were added and stirred for 1 hour, and 3 drops of (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5′-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) benzene were added. The mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 6 hours. The reaction solution was poured into 500 ml of 90% aqueous methanol solution, and the slurry was collected by filtration and washed with 100 ml of 90% aqueous methanol solution and 200 ml of methanol. It dried under reduced pressure at 40 degreeC for 16 hours, and obtained green solid.
The obtained solid was stirred under reflux in 1.4 L of methanol for 1 hour, and then filtered while hot. This operation was performed in the same manner in the order of acetone and hexane, and the dissolved substances in each solvent were removed. Further, 1.4 L of chloroform was stirred under reflux for 1 hour, followed by hot filtration. After repeating this operation four times, each filtrate was collected and concentrated to 50 ml with an evaporator, and 100 ml of methanol was added to form a slurry, which was collected by filtration and washed with 200 ml of methanol. It dried under reduced pressure at 40 degreeC for 16 hours, and obtained green solid (conjugated polymer compound 1: P03) 0.80g (yield 32.5%).

(21) (21)

得られた共役系高分子化合物1について、先と同様に、元素分析及びIRの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、共役系高分子化合物1のモノマーセグメント構造を確認した。
共役系高分子化合物1
モノマーセグメントの元素組成:C5981 モノマーセグメントの分子量:992.62
About the obtained conjugated polymer compound 1, the elemental analysis and IR measurement were performed similarly to the previous. The results are shown below. From these results, the monomer segment structure of the conjugated polymer compound 1 was confirmed.
Conjugated polymer compound 1
Elemental composition of the monomer segments: C 59 H 81 N 3 S 5 molecular weight of the monomer segments: 992.62

IR(ATR)(cm−1):2950,2921,2850,1596,1506,1457,1432,1332,1216,1141,1043,997,840,781,721
得られた共役系高分子化合物1について、で紫外可視分光スペクトルの測定を行った。得られた紫外可視分光スペクトルを図2に示す。
IR (ATR) (cm −1 ): 2950, 2921, 2850, 1596, 1506, 1457, 1432, 1332, 1216, 1141, 1043, 997, 840, 781, 721
The obtained conjugated polymer compound 1 was measured for UV-visible spectrum. The obtained UV-visible spectrum is shown in FIG.

(実施例2)共役系高分子化合物2の合成
(スルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体の合成)
500ml三口フラスコを窒素置換し、脱水テトラヒドロフラン100ml、2−エチルヘキサンチオール1.47g(10.1mmol)を加え、エタノール/ドライアイス浴にて−66℃まで冷却した。そこにノルマルブチルリチウムヘキサン溶液 6.31ml(1.6M ヘキサン溶液、10.1mmol)を滴下し、1時間撹拌した。その後、製造例5で合成した5,7−ビス(2−チエニル)2,3−ビス(トリフルオロメタンスルホネート)チエノ[3,4−b]ピラジン2.0g(3.35mmol)/脱水テトラヒドロフラン150ml溶液を40分かけて滴下した。冷媒を外して1時間撹拌した後、反応液にメタノール200mlを投入、析出物をろ取、メタノール50mlで洗浄した。40℃で16時間減圧乾燥を行い、赤色固体(化合物A8)1.70g(収率86.3%)を得た。
(Example 2) Synthesis of conjugated polymer compound 2 (synthesis of sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative)
The 500 ml three-necked flask was purged with nitrogen, 100 ml of dehydrated tetrahydrofuran and 1.47 g (10.1 mmol) of 2-ethylhexanethiol were added, and the mixture was cooled to −66 ° C. in an ethanol / dry ice bath. Then, 6.31 ml (1.6M hexane solution, 10.1 mmol) of normal butyl lithium hexane solution was added dropwise and stirred for 1 hour. Then, 2.0 g (3.35 mmol) of 5,7-bis (2-thienyl) 2,3-bis (trifluoromethanesulfonate) thieno [3,4-b] pyrazine synthesized in Production Example 5/150 ml of dehydrated tetrahydrofuran Was added dropwise over 40 minutes. After removing the refrigerant and stirring for 1 hour, 200 ml of methanol was added to the reaction solution, and the precipitate was collected by filtration and washed with 50 ml of methanol. It dried under reduced pressure at 40 degreeC for 16 hours, and obtained red solid (compound A8) 1.70g (yield 86.3%).

得られた化合物A8について、実施例1と同様に、元素分析及びH−NMR、13C−NMR、IR、LC/MS、TG/DTAの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、化合物A8の構造を確認した。
化合物A8:C3040 分子量 588.98
For the obtained compound A8, in the same manner as in Example 1, elemental analysis and 1 H-NMR, 13 C-NMR, IR, LC / MS, and TG / DTA were measured. The results are shown below. From these results, the structure of Compound A8 was confirmed.
Compound A8: C 30 H 40 N 2 S 5 molecular weight 588.98

H NMR(CDCl、300MHz)δ(ppm):0.93(12H,m),1.35(8H,m),1.53(8H,m),1.86(2H,m),3.47(4H,m),7.09(2H,dd),7.34(2H,dd),7.50(2H,dd)
13C NMR(CDCl、75.45MHz)δ(ppm):10.8,14.1,23.0,25.9,28.8,32.7,35.6,38.3,121.9,123.5,125.7,126.9,134.7,136.1,155.8
IR(KBr)(cm−1):2958,2924,2872,2856,2360,2343,1508,1458,1417,1373,1338,1226,1139,1056,1045,844,833,817,684,655,593
LC/MS m/z=589.53(APCI+)
m.p.:73.4℃
1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ (ppm): 0.93 (12H, m), 1.35 (8H, m), 1.53 (8H, m), 1.86 (2H, m), 3.47 (4H, m), 7.09 (2H, dd), 7.34 (2H, dd), 7.50 (2H, dd)
13 C NMR (CDCl 3 , 75.45 MHz) δ (ppm): 10.8, 14.1, 23.0, 25.9, 28.8, 32.7, 35.6, 38.3, 121. 9, 123.5, 125.7, 126.9, 134.7, 136.1, 155.8
IR (KBr) (cm −1 ): 2958, 2924, 2872, 2856, 2360, 2343, 1508, 1458, 1417, 1373, 1338, 1226, 1139, 1056, 1045, 844, 833, 817, 684, 655 593
LC / MS m / z = 589.53 (APCI +)
m. p. : 73.4 ° C

(ハロゲン化スルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体の合成)
200ml三口フラスコにDMF50ml、化合物A8 1.0g(1.70mmol)を投入し、50℃まで加熱して溶解させた。そこにN−ヨードスクシンイミド 0.764g(3.40mmol)/DMF 20ml溶液を滴下、50℃で3時間撹拌した。室温まで放冷後、メタノール100mlを加え、析出物をろ取、メタノール100mlで洗浄した。40℃で3時間減圧乾燥して1.32gの紫色固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラム(クロロホルム/ヘキサン=1/3)に付し、紫色フラクションを分取した。これをクロロホルムとヘキサンで再沈精製を2回行い、40℃で16時間減圧乾燥して紫色紛体(化合物B8)0.60g(収率42.0%)を得た。
(Synthesis of halogenated sulfanyl-substituted dithienyl thienopyrazine derivatives)
A 200 ml three-necked flask was charged with 50 ml of DMF and 1.0 g (1.70 mmol) of Compound A8 and heated to 50 ° C. to dissolve. N-iodosuccinimide 0.764g (3.40mmol) / DMF 20ml solution was dripped there, and it stirred at 50 degreeC for 3 hours. After allowing to cool to room temperature, 100 ml of methanol was added, and the precipitate was collected by filtration and washed with 100 ml of methanol. Drying under reduced pressure at 40 ° C. for 3 hours gave 1.32 g of a purple solid. The obtained solid was applied to a silica gel column (chloroform / hexane = 1/3), and a purple fraction was collected. This was purified by reprecipitation twice with chloroform and hexane and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours to obtain 0.60 g (yield 42.0%) of a purple powder (Compound B8).

得られた化合物B8について、実施例1と同様に、元素分析及びH−NMR、13C−NMR、IR、LC/MS、TG/DTAの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、化合物B8の構造を確認した。
化合物B8:C3038 分子量 840.77
For the obtained compound B8, elemental analysis and 1 H-NMR, 13 C-NMR, IR, LC / MS, and TG / DTA were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown below. From these results, the structure of Compound B8 was confirmed.
Compound B8: C 30 H 38 I 2 N 4 S 5 molecular weight 840.77

H NMR(CDCl、300MHz)δ(ppm):0.95(12H,m),1.37(8H,m),1.57(8H,m),1.85(2H,m),3.40(4H,d),7.03(2H,d),7.18(2H,d)
13C NMR(CDCl、75.45MHz)δ(ppm):10.7,14.1,23.1,25.8,28.6,32.5,36.0,37.9,75.1,121.1, 124.0,136.2,136.4,140.3,156.5
IR(KBr)(cm−1):2958,2923,2856,1506,1463,1419,1407,1369,1305,1207,1137,1064,1049,943,894,852,794,784,728,657,603
LC/MS m/z=841.07(APCI+)
m.p.:158.9℃
1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ (ppm): 0.95 (12H, m), 1.37 (8H, m), 1.57 (8H, m), 1.85 (2H, m), 3.40 (4H, d), 7.03 (2H, d), 7.18 (2H, d)
13 C NMR (CDCl 3 , 75.45 MHz) δ (ppm): 10.7, 14.1, 233.1, 25.8, 28.6, 32.5, 36.0, 37.9, 75. 1,121.1, 124.0, 136.2, 136.4, 140.3, 156.5
IR (KBr) (cm −1 ): 2958, 2923, 2856, 1506, 1463, 1419, 1407, 1369, 1305, 1207, 1137, 1064, 1049, 943, 894, 852, 794, 784, 728, 657, 603
LC / MS m / z = 841.07 (APCI +)
m. p. 158.9 ° C

(共役系高分子化合物2の合成)
耐圧試験管反応器にトルエン4.5ml、20%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液2.25ml、化合物B8 0.30g(0.36mmol)、実施例1と同様の方法で合成した化合物C3 2,7−ビス(4’,4’,5’,5’,−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)−N−9’’−ヘプタデカニルカルバゾール0.246g(0.38mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム3.3mg(1.0mol%)、トリス(o−トリル)ホスフィン4.4mg(4.0mol%)を投入し、90℃で22時間加熱撹拌を行った。ヨードベンゼンを1滴投入し、1時間攪拌し、(4’,4’,5’,5’,−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)ベンゼンを1滴投入し6時間、90℃で加熱撹拌を行った。反応溶液を90%メタノール水溶液100mlに投入し、スラリーをろ取し、90%メタノール水溶液50ml、メタノール50mlで洗浄を行った。40℃で3時間減圧乾燥を行い、緑色固体を得た。
得られた固体をメタノール150ml中で1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行った。この操作をアセトン、ヘキサン、トルエンの順で同様に行い、各溶剤への溶解物を取り除いた。更にクロロホルム150mlを用いて1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行い、ろ液をエバポレーターにて50mlまで濃縮し、メタノール100mlを加えてスラリー化して、ろ取し、メタノール50mlで洗浄した。40℃で16時間減圧乾燥を行い、緑色固体(共役系高分子化合物2:P05)25.7mg(収率7.3%)を得た。
(Synthesis of Conjugated Polymer Compound 2)
Compound C3 2,7-bis synthesized in the same manner as in Example 1 in a pressure-resistant test tube reactor with 4.5 ml of toluene, 2.25 ml of 20% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution, 0.30 g (0.36 mmol) of compound B8 (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5 ′,-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) -N-9 ″ -heptadecanylcarbazole 0.246 g (0. 38 mmol), 3.3 mg (1.0 mol%) of tris (dibenzylideneacetone) dipalladium, and 4.4 mg (4.0 mol%) of tris (o-tolyl) phosphine were added, followed by heating and stirring at 90 ° C. for 22 hours. It was. Add 1 drop of iodobenzene, stir for 1 hour, 1 drop of (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5 ′,-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) benzene The mixture was charged and stirred at 90 ° C. for 6 hours. The reaction solution was poured into 100 ml of 90% aqueous methanol solution, and the slurry was collected by filtration and washed with 50 ml of 90% aqueous methanol solution and 50 ml of methanol. Drying under reduced pressure at 40 ° C. for 3 hours gave a green solid.
The obtained solid was stirred under reflux in 150 ml of methanol for 1 hour and then filtered while hot. This operation was performed in the same manner in the order of acetone, hexane, and toluene, and the dissolved substances in each solvent were removed. Further, the mixture was refluxed and stirred for 1 hour using 150 ml of chloroform and filtered while hot. The filtrate was concentrated to 50 ml with an evaporator, slurried with 100 ml of methanol, collected by filtration, and washed with 50 ml of methanol. It dried under reduced pressure at 40 degreeC for 16 hours, and obtained 25.7 mg (yield 7.3%) of green solid (conjugated polymer compound 2: P05).

(25) (25)

得られた共役系高分子化合物2について、実施例1と同様に、元素分析及びIRの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、共役系高分子化合物2のモノマーセグメント構造を確認した。
共役系高分子化合物2
モノマーセグメントの元素組成:C5981 モノマーセグメントの分子量:992.62
Elemental analysis and IR measurement were performed on the obtained conjugated polymer compound 2 in the same manner as in Example 1. The results are shown below. From these results, the monomer segment structure of the conjugated polymer compound 2 was confirmed.
Conjugated polymer compound 2
Elemental composition of the monomer segments: C 59 H 81 N 3 S 5 molecular weight of the monomer segments: 992.62

IR(ATR)(cm−1):2954,2921,2852,1596,1506,1457,1432,1332,1214,1137,1041,997,842,782,721
得られた共役系高分子化合物2について実施例1と同様の方法で紫外可視分光スペクトルの測定を行った。得られた紫外可視分光スペクトルを図2に示す。
IR (ATR) (cm −1 ): 2954, 2921, 2852, 1596, 1506, 1457, 1432, 1332, 1214, 1137, 1041, 997, 842, 782, 721
The obtained conjugated polymer compound 2 was measured for UV-visible spectrum by the same method as in Example 1. The obtained UV-visible spectrum is shown in FIG.

(実施例3)共役系高分子化合物3の合成
(スルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体の合成)
500ml三口フラスコを窒素置換し、脱水テトラヒドロフラン100ml、t−ブチルメルカプタン0.91g(10.1mmol)を加え、エタノール/ドライアイスにて−66℃まで冷却した。そこにノルマルブチルリチウムヘキサン溶液 6.31ml(1.6M ヘキサン溶液、10.1mmol)を滴下し、1時間撹拌した。その後、合成例5で合成した5,7−ビス(2−チエニル)2,3−ビス(トリフルオロメタンスルホネート)チエノ[3,4−b]ピラジン2.0g(3.35mmol)/脱水テトラヒドロフラン150ml溶液を40分かけて滴下した。冷媒を外して1時間撹拌した後、反応液にメタノール200mlを投入、析出物をろ取、メタノール50mlで洗浄した。40℃で16時間減圧乾燥して紫色固体を得た。得られた固体をクロロホルム/ヘキサンで再沈精製を行い、紫色固体(化合物A7)1.15g(収率71.9%)を得た。
Example 3 Synthesis of Conjugated Polymer Compound 3 (Synthesis of a sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative)
The 500 ml three-necked flask was purged with nitrogen, 100 ml of dehydrated tetrahydrofuran and 0.91 g (10.1 mmol) of t-butyl mercaptan were added, and the mixture was cooled to −66 ° C. with ethanol / dry ice. Then, 6.31 ml (1.6M hexane solution, 10.1 mmol) of normal butyl lithium hexane solution was added dropwise and stirred for 1 hour. Then, 2.0 g (3.35 mmol) of 5,7-bis (2-thienyl) 2,3-bis (trifluoromethanesulfonate) thieno [3,4-b] pyrazine synthesized in Synthesis Example 5/150 ml of dehydrated tetrahydrofuran Was added dropwise over 40 minutes. After removing the refrigerant and stirring for 1 hour, 200 ml of methanol was added to the reaction solution, and the precipitate was collected by filtration and washed with 50 ml of methanol. A purple solid was obtained by drying under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours. The obtained solid was purified by reprecipitation with chloroform / hexane to obtain 1.15 g (yield 71.9%) of a purple solid (Compound A7).

得られた化合物A7について、実施例1と同様に、元素分析及びH−NMR、13C−NMR、IR、LC/MS、TG/DTAの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、化合物A7の構造を確認した。
化合物A7:C2224 分子量 476.76
For the obtained compound A7, elemental analysis and 1 H-NMR, 13 C-NMR, IR, LC / MS, and TG / DTA were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown below. From these results, the structure of Compound A7 was confirmed.
Compound A7: C 22 H 24 N 2 S 5 molecular weight 476.76

H NMR(CDCl、300MHz)δ(ppm):1.78(18H,s),7.08(2H,dd),7.34(2H,dd),7.50(2H,dd)
13C NMR(CDCl、75.45MHz)δ(ppm):29.7,50.0,122.3,124.0,125.7,127.0,134.3,135.2,155.9
IR(KBr)(cm−1):2952,2912,2858,1502,1450,1438,1417,1361,1334,1226,1159,1108,1056,1035,846,823,806,698,682,595
LC/MS m/z=477.07(APCI+)
m.p.:242.0℃
1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ (ppm): 1.78 (18H, s), 7.08 (2H, dd), 7.34 (2H, dd), 7.50 (2H, dd)
13 C NMR (CDCl 3 , 75.45 MHz) δ (ppm): 29.7, 50.0, 122.3, 124.0, 125.7, 127.0, 134.3, 135.2, 155. 9
IR (KBr) (cm −1 ): 2952, 2912, 2858, 1502, 1450, 1438, 1417, 1361, 1334, 1226, 1159, 1108, 1056, 1035, 846, 823, 806, 698, 682, 595
LC / MS m / z = 477.07 (APCI +)
m. p. : 242.0 ° C

(ハロゲン化スルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体の合成)
200ml三口フラスコにDMF50ml、化合物A7 1.0g(2.10mmol)を投入し、50℃まで加熱して溶解させた。そこにN−ヨードスクシンイミド 0.945g(4.20mmol)/DMF20ml溶液を滴下、50℃で3時間撹拌した。室温まで放冷後、メタノール100mlを加え、析出物をろ取、メタノール100mlで洗浄した。40℃で3時間減圧乾燥して1.40gの紫色固体を得た。得られた固体をトルエン/メタノールで2回再沈精製を行った後、トルエンで再結晶を行い、40℃で16時間減圧乾燥して紫色紛体(化合物B7)0.66g(収率43.1%)を得た。
(Synthesis of halogenated sulfanyl-substituted dithienyl thienopyrazine derivatives)
A 200 ml three-necked flask was charged with 50 ml of DMF and 1.0 g (2.10 mmol) of Compound A7 and heated to 50 ° C. to dissolve. N-iodosuccinimide 0.945g (4.20mmol) / DMF20ml solution was dripped there, and it stirred at 50 degreeC for 3 hours. After allowing to cool to room temperature, 100 ml of methanol was added, and the precipitate was collected by filtration and washed with 100 ml of methanol. Drying under reduced pressure at 40 ° C. for 3 hours gave 1.40 g of a purple solid. The resulting solid was purified by reprecipitation twice with toluene / methanol, then recrystallized with toluene, and dried under reduced pressure at 40 ° C. for 16 hours to give 0.66 g of purple powder (compound B7) (yield 43.1). %).

得られた化合物B7について、実施例1と同様に、元素分析及びH−NMR、13C−NMR、IR、LC/MS、TG/DTAの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、化合物B7の構造を確認した。
化合物B7:C2222 分子量 728.56
For the obtained compound B7, elemental analysis and 1 H-NMR, 13 C-NMR, IR, LC / MS, and TG / DTA were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown below. From these results, the structure of Compound B7 was confirmed.
Compound B7: C 22 H 22 I 2 N 2 S 5 molecular weight 728.56

H NMR(CDCl、300MHz)δ(ppm):1.78(18H,s),7.09(2H,d),7.19(2H,d)
13C NMR(CDCl、75.45MHz)δ(ppm):29.7,50.3,74.5,121.6,124.9,135.4,136.7,140.0,156.7
IR(KBr)(cm−1):2954,2912,2858,1500,1452,1419,1407,1361,1301,1282,1209,1157,1106,1066,1035,946,900,777,659,607
LC/MS m/z=728.73(APCI+)
m.p.:245.3℃
1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ (ppm): 1.78 (18H, s), 7.09 (2H, d), 7.19 (2H, d)
13 C NMR (CDCl 3 , 75.45 MHz) δ (ppm): 29.7, 50.3, 74.5, 121.6, 124.9, 135.4, 136.7, 140.0, 156. 7
IR (KBr) (cm −1 ): 2954, 2912, 2858, 1500, 1452, 1419, 1407, 1361, 1301, 1282, 1209, 1157, 1106, 1066, 1035, 946, 900, 777, 659, 607
LC / MS m / z = 728.73 (APCI +)
m. p. : 245.3 ° C

(共役系高分子化合物3の合成)
耐圧試験管反応器にトルエン4.5ml、20%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液2.25ml、化合物B7 0.30g(0.36mmol)、実施例1で合成した化合物C3 2,7−ビス(4’,4’,5’,5’,−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)−N−9’’−ヘプタデカニルカルバゾール0.246g(0.38mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム3.3mg(1.0mol%)、トリス(o−トリル)ホスフィン4.4mg(4.0mol%)を投入し、90℃で22時間加熱撹拌を行った。ヨードベンゼンを1滴投入し1時間、(4’,4’,5’,5’,−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)ベンゼンを1滴投入し6時間、90℃で加熱撹拌を行った。反応溶液を90%メタノール水溶液100mlに投入し、スラリーをろ取、90%メタノール水溶液50ml、メタノール50mlで洗浄を行った。40℃で3時間減圧乾燥を行い、紫色固体を得た。
得られた固体をメタノール150ml中で1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行った。この操作をアセトン、ヘキサン、トルエンの順で同様に行い、各溶剤への溶解物を取り除いた。更にクロロホルム150mlを用いて1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行い、ろ液をエバポレーターにて50mlまで濃縮、メタノール100mlを加えてスラリー化、ろ取、メタノール50mlで洗浄した。40℃で16時間減圧乾燥を行い、緑色固体(共役系高分子化合物3:P06)17.6mg(収率4.8%)を得た。
(Synthesis of Conjugated Polymer Compound 3)
In a pressure test tube reactor, 4.5 ml of toluene, 2.25 ml of 20% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution, 0.30 g (0.36 mmol) of compound B7, compound C3 2,7-bis (4 ′, 4 ′, synthesized in Example 1) 4 ′, 5 ′, 5 ′,-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) -N-9 ″ -heptadecanylcarbazole 0.246 g (0.38 mmol), tris (Dibenzylideneacetone) dipalladium 3.3 mg (1.0 mol%) and tris (o-tolyl) phosphine 4.4 mg (4.0 mol%) were added, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 22 hours. 1 drop of iodobenzene was added and 1 drop of (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5 ′,-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) benzene was added for 6 hours. The mixture was heated and stirred at 90 ° C. for an hour. The reaction solution was poured into 100 ml of 90% aqueous methanol solution, and the slurry was collected by filtration and washed with 50 ml of 90% aqueous methanol solution and 50 ml of methanol. Drying under reduced pressure at 40 ° C. for 3 hours gave a purple solid.
The obtained solid was stirred under reflux in 150 ml of methanol for 1 hour and then filtered while hot. This operation was performed in the same manner in the order of acetone, hexane, and toluene, and the dissolved substances in each solvent were removed. Further, the mixture was refluxed and stirred for 1 hour using 150 ml of chloroform, and filtered while hot. The filtrate was concentrated to 50 ml with an evaporator, added with 100 ml of methanol, slurried, filtered, and washed with 50 ml of methanol. It dried under reduced pressure at 40 degreeC for 16 hours, and obtained 17.6 mg (yield 4.8%) of green solid (conjugated polymer compound 3: P06).

(29) (29)

得られた共役系高分子化合物3について、実施例1と同様に、元素分析及びIRの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、共役系高分子化合物3が前記式(29)のモノマーセグメント構造を有することを確認した。
共役系高分子化合物3
モノマーセグメントの元素組成:C5165 モノマーセグメントの分子量:880.41
The obtained conjugated polymer compound 3 was subjected to elemental analysis and IR measurement in the same manner as in Example 1. The results are shown below. From these results, it was confirmed that the conjugated polymer compound 3 had the monomer segment structure of the formula (29).
Conjugated polymer compound 3
Elemental composition of monomer segment: C 51 H 65 N 3 S 5 Molecular weight of monomer segment: 880.41

IR(ATR)(cm−1):2952,2921,2852,1596,1498,1457,1430,1361,1338,1216,1157,1108,1033,840,786,721
得られた共役系高分子化合物3について実施例1と同様の方法で紫外可視分光スペクトルの測定を行った。得られた紫外可視分光スペクトルを図2に示す。
IR (ATR) (cm −1 ): 2952, 2921, 2852, 1596, 1498, 1457, 1430, 1361, 1338, 1216, 1157, 1108, 1033, 840, 786, 721
The obtained conjugated polymer compound 3 was measured for UV-visible spectrum by the same method as in Example 1. The obtained UV-visible spectrum is shown in FIG.

(実施例4)共役系高分子化合物4の合成
実施例4の化合物B7は,実施例3と同様に合成した。
耐圧試験管反応器にトルエン4.5ml、20%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液2.25ml、化合物B7 0.30g(0.412mmol)、2,7−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)−9,9−ジ−n−オクチルフルオレン(東京化成社製)0.278g(0.432mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム3.77mg(1.0mol%)、トリス(o−トリル)ホスフィン5.02mg(4.0mol%)を投入し、90℃で22時間加熱撹拌を行った。ヨードベンゼンを1滴投入し1時間、(4’,4’,5’,5’,−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)ベンゼンを1滴投入し6時間、90℃で加熱撹拌を行った。反応溶液を90%メタノール水溶液100mlに投入し、スラリーをろ取、90%メタノール水溶液50ml、メタノール50mlで洗浄を行った。40℃で3時間減圧乾燥を行い、緑色固体を得た。
得られた固体をメタノール150ml中で1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行った。この操作をアセトン、ヘキサン、トルエンの順で同様に行い、各溶剤への溶解物を取り除いた。更にクロロホルム150mlを用いて1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行い、ろ液をエバポレーターにて50mlまで濃縮、メタノール100mlを加えてスラリー化、ろ取、メタノール50mlで洗浄した。40℃で16時間減圧乾燥を行い、緑色固体(共役系高分子化合物4)25.6mg(収率7.2%)を得た。
Example 4 Synthesis of Conjugated Polymer Compound 4 Compound B7 of Example 4 was synthesized in the same manner as Example 3.
In a pressure test tube reactor, 4.5 ml of toluene, 2.25 ml of 20% aqueous tetraethylammonium hydroxide, 0.30 g (0.412 mmol) of compound B7, 2,7-bis (4,4,5,5-tetramethyl- 1,3,2-dioxaborolan-2-yl) -9,9-di-n-octylfluorene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.278 g (0.432 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium 3.77 mg ( 1.0 mol%) and 5.02 mg (4.0 mol%) of tris (o-tolyl) phosphine were added, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 22 hours. 1 drop of iodobenzene was added and 1 drop of (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5 ′,-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) benzene was added for 6 hours. The mixture was heated and stirred at 90 ° C. for an hour. The reaction solution was poured into 100 ml of 90% aqueous methanol solution, and the slurry was collected by filtration and washed with 50 ml of 90% aqueous methanol solution and 50 ml of methanol. Drying under reduced pressure at 40 ° C. for 3 hours gave a green solid.
The obtained solid was stirred under reflux in 150 ml of methanol for 1 hour and then filtered while hot. This operation was performed in the same manner in the order of acetone, hexane, and toluene, and the dissolved substances in each solvent were removed. Further, the mixture was refluxed and stirred for 1 hour using 150 ml of chloroform, and filtered while hot. The filtrate was concentrated to 50 ml with an evaporator, added with 100 ml of methanol, slurried, filtered, and washed with 50 ml of methanol. It dried under reduced pressure at 40 degreeC for 16 hours, and obtained 25.6 mg (7.2% of yield) of green solid (conjugated polymer compound 4).

(31) (31)

得られた共役系高分子化合物4について、実施例1と同様に、元素分析及びIRの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、共役系高分子化合物4のモノマーセグメント構造を確認した。
共役系高分子化合物4
モノマーセグメントの元素組成:C5164 モノマーセグメントの分子量:865.39
The obtained conjugated polymer compound 4 was subjected to elemental analysis and IR measurement in the same manner as in Example 1. The results are shown below. From these results, the monomer segment structure of the conjugated polymer compound 4 was confirmed.
Conjugated polymer compound 4
Elemental composition of monomer segment: C 51 H 64 N 3 S 5 Molecular weight of monomer segment: 865.39

IR(ATR)(cm−1):2952,2921,2852,1465,1457,1361,1259,1157,1108,1033,881,815,786
得られた共役系高分子化合物4について実施例1と同様の方法で紫外可視分光スペクトルの測定を行った。得られた紫外可視分光スペクトルを図2に示す。
IR (ATR) (cm −1 ): 2952, 2921, 2852, 1465, 1457, 1361, 1259, 1157, 1108, 1033, 881, 815, 786
The obtained conjugated polymer compound 4 was measured for UV-visible spectrum by the same method as in Example 1. The obtained UV-visible spectrum is shown in FIG.

(比較例1)比較共役系高分子化合物1の合成
(スルファニルフェニル置換チエノピラジン誘導体の合成)
1,2−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)エタンジオンの合成
300mlの三口フラスコにN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)140ml、炭酸カリウム3.76g(27.2mmol,2.0eq.)、ジブロモベンジル5.0g(13.6mmol)、1−オクタンチオール4.17g(28.5mmol)を投入し、60℃で9時間加熱撹拌を行った。3時間後と6時間後に炭酸カリウム1.88gを追加投入した。9時間加熱撹拌後、室温まで放冷し、2Lの分液漏斗に反応液と水300ml、酢酸エチル300mlを投入した。有機層を分離し、水層を酢酸エチル300mlで2回抽出し、更に有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液300ml、水300ml、飽和塩化ナトリウム水溶液300mlにて順次洗浄を行った。硫酸マグネシウムを加え、有機層を脱水した後、加えた硫酸マグネシウムをろ過し、エバポレーターを用いて有機溶媒を減圧留去した。黄色の固体が7.5g得られた。カラムクロマトグラフィー(クロロホルム:ヘキサン=1:1)にてRf=0.2の黄色フラクションを分取した。エバポレーターにて濃縮し、黄色固体1,2−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)エタンジオンを3.53g(収率52.1%)得た。
Comparative Example 1 Synthesis of Comparative Conjugated Polymer Compound 1 (Synthesis of Sulfanylphenyl-Substituted Thienopyrazine Derivative)
Synthesis of 1,2-di (4-n-octylsulfanylphenyl) ethanedione In a 300 ml three-necked flask, 140 ml of N, N-dimethylformamide (DMF), 3.76 g (27.2 mmol, 2.0 eq.) Of potassium carbonate, dibromo Benzyl 5.0 g (13.6 mmol) and 1-octanethiol 4.17 g (28.5 mmol) were added, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. for 9 hours. An additional 1.88 g of potassium carbonate was added after 3 hours and 6 hours. After 9 hours of heating and stirring, the mixture was allowed to cool to room temperature, and the reaction solution, 300 ml of water and 300 ml of ethyl acetate were put into a 2 L separatory funnel. The organic layer was separated, the aqueous layer was extracted twice with 300 ml of ethyl acetate, and the organic layer was washed successively with 300 ml of saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution, 300 ml of water and 300 ml of saturated aqueous sodium chloride solution. After adding magnesium sulfate and dehydrating the organic layer, the added magnesium sulfate was filtered, and the organic solvent was distilled off under reduced pressure using an evaporator. 7.5 g of a yellow solid was obtained. The yellow fraction of Rf = 0.2 was fractionated by column chromatography (chloroform: hexane = 1: 1). Concentration with an evaporator gave 3.53 g (yield 52.1%) of yellow solid 1,2-di (4-n-octylsulfanylphenyl) ethanedione.

(33) (33)

2,3−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)チエノ[3,4−b]ピラジンの合成
500mlの三口フラスコにエタノール300ml、3,4−ジアミノチオフェン0.69g(6.01mmol)、先に合成した1,2−ジ(4−nオクチルスルファニルフェニル)エタンジオン3.0g(6.01mmol)、酢酸2.0ml(36.1mmol, 6.0eq.)を投入し、室温で5時間撹拌を行った。氷浴下冷却して、ろ取し、10℃以下のエタノール80mlで洗浄を行い、30℃で16時間減圧乾燥することにより、薄緑色の固体2,3−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)チエノピラジンを3.31g(収率95.4%)得た。
Synthesis of 2,3-di (4-n-octylsulfanylphenyl) thieno [3,4-b] pyrazine In a 500 ml three-necked flask, 300 ml of ethanol, 0.69 g (6.01 mmol) of 3,4-diaminothiophene, Synthesized 1,2-di (4-noctylsulfanylphenyl) ethanedione (3.0 g, 6.01 mmol) and acetic acid (2.0 ml, 36.1 mmol, 6.0 eq.) Were added and stirred at room temperature for 5 hours. It was. Cool in an ice bath, filter, wash with 80 ml of ethanol at 10 ° C. or lower, and dry under reduced pressure at 30 ° C. for 16 hours to obtain a light green solid 2,3-di (4-n-octylsulfanylphenyl). ) 3.31 g (yield 95.4%) of thienopyrazine was obtained.

(34) (34)

(ハロゲン化スルファニルフェニル置換チエノピラジン誘導体の合成)
2,3−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)−5,7−ジヨードチエノ[3,4−b]ピラジンの合成
300mlの三口フラスコに先に合成した2,3−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)チエノ[3,4−b]ピラジン2.0g(3.47mmol)、DMF200mlを投入し、氷浴下でN−ヨードコハク酸イミド1.95g(8.67mmol,2.5eq.)を投入し、室温で21時間撹拌を行った。反応溶液をトルエン600mlと飽和塩化アンモニウム水溶液600mlの混合溶液に氷浴下で投入した。有機層を分離し、水層をトルエン300mlで2回抽出を行った。有機層を合わせ、飽和塩化アンモニウム水溶液500mlで2回、水500mlで1回順次洗浄を行った。硫酸マグネシウムで脱水、ろ過、エバポレーターで濃縮を行い、黄色固体を得た。更に、シリカゲルクロマトグラフィー(クロロホルム:ヘキサン=1:1)にてRf=0.3の黄色フラクションを分取し、黄色の固体を得た。更に、クロロホルムとヘキサンで再沈精製を行い、黄色固体として2,3−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)−5,7−ジヨードチエノ[3,4−b]ピラジンを2.42g(収率84.3%)得た。
(Synthesis of halogenated sulfanylphenyl-substituted thienopyrazine derivatives)
Synthesis of 2,3-di (4-n-octylsulfanylphenyl) -5,7-diiodothieno [3,4-b] pyrazine 2,3-di (4-n-octyl) synthesized earlier in a 300 ml three-necked flask Sulfanylphenyl) thieno [3,4-b] pyrazine (2.0 g, 3.47 mmol) and DMF (200 ml) were charged, and N-iodosuccinimide (1.95 g, 8.67 mmol, 2.5 eq.) Was charged in an ice bath. And stirred at room temperature for 21 hours. The reaction solution was poured into a mixed solution of 600 ml of toluene and 600 ml of a saturated aqueous ammonium chloride solution in an ice bath. The organic layer was separated, and the aqueous layer was extracted twice with 300 ml of toluene. The organic layers were combined and washed successively with 500 ml of saturated aqueous ammonium chloride solution and once with 500 ml of water. Dehydration with magnesium sulfate, filtration, and concentration with an evaporator gave a yellow solid. Furthermore, the yellow fraction of Rf = 0.3 was fractionated by silica gel chromatography (chloroform: hexane = 1: 1) to obtain a yellow solid. Further, reprecipitation purification was performed with chloroform and hexane, and 2.42 g (yield) of 2,3-di (4-n-octylsulfanylphenyl) -5,7-diiothieno [3,4-b] pyrazine was obtained as a yellow solid. 84.3%).

(35) (35)

得られた化合物について、実施例1と同様に元素分析及びH−NMR、13C−NMR、IR、LC/MS、TG/DTAの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、前記化合物の構造を確認した。
2,3−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)−5,7−ジヨードチエノ[3,4−b]ピラジン:C3442 分子量 828.71
The obtained compound was subjected to elemental analysis and 1 H-NMR, 13 C-NMR, IR, LC / MS, and TG / DTA measurement in the same manner as in Example 1. The results are shown below. From these results, the structure of the compound was confirmed.
2,3-di (4-n-octylsulfanylphenyl) -5,7-diiodothieno [3,4-b] pyrazine: C 34 H 42 I 2 N 2 S 3 molecular weight 828.71

H NMR(CDCl、300MHz)δ(ppm):0.81(6H,t),0.97(2H,m),1.12(22H,m),1.39(24H,s),1.93(2H,m),2.31(2H,m),4.69(1H,m),7.67(2H,d),7.89(1H,s),8.02(1H,s),8.12(2H,t)
13C NMR(CDCl、75.45MHz)δ(ppm):14.1,22.6,24.9,26.8,29.2,29.3,29.5,31.8,33.8,56.4,83.7,115.4,118.1,119.7,120.0,124.6,126.0,138.7,141.9
IR(KBr)(cm−1):2981,2923,2856,1621,1558,1481,1454,1430,1349,1267,1145,1079,1054,1033,1014,970,858,825,690
LC/MS m/z=657.93(APCI+)
m.p.:144.7℃
1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) δ (ppm): 0.81 (6H, t), 0.97 (2H, m), 1.12 (22H, m), 1.39 (24H, s), 1.93 (2H, m), 2.31 (2H, m), 4.69 (1H, m), 7.67 (2H, d), 7.89 (1H, s), 8.02 (1H , S), 8.12 (2H, t)
13 C NMR (CDCl 3 , 75.45 MHz) δ (ppm): 14.1, 22.6, 24.9, 26.8, 29.2, 29.3, 29.5, 31.8, 33. 8,56.4,83.7,115.4,118.1,119.7,120.0,124.6,126.0,138.7,141.9
IR (KBr) (cm −1 ): 2981, 2923, 2856, 1621, 1558, 1481, 1454, 1430, 1349, 1267, 1145, 1079, 1054, 1033, 1014, 970, 858, 825, 690
LC / MS m / z = 657.93 (APCI +)
m. p. 144.7 ° C

(比較共役系高分子化合物1の合成)
50mlの三口フラスコを窒素置換し、トルエン15ml、20%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液7.5ml、先に合成した2,3−ジ(4−n−オクチルスルファニルフェニル)−5,7−ジヨードチエノ[3,4−b]ピラジン 1.0g(1.21mmol)、実施例1で合成した2,7−ビス(4’,4’,5’,5’,−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)−N−9’ ’−ヘプタデカニルカルバゾール 0.84g(1.27mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム 11.1mg(1.0mol%)、トリス(o−トリル)ホスフィン 14.7mg(4.0mol%)を投入し、90℃で21時間加熱撹拌を行った。ヨードベンゼンを1滴投入し1時間、(4’,4’,5’,5’,−テトラメチル−1’,3’,2’−ジオキサボロラン−2’−イル)ベンゼンを1滴投入し6時間、90℃で加熱撹拌を行った。反応溶液を90%メタノール水溶液500mlに投入し、スラリーをろ取、90%メタノール水溶液100ml、メタノール100mlで洗浄を行った。40℃で3時間減圧乾燥を行い、緑色固体を得た。
得られた固体をメタノール300ml中で1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行った。この操作をアセトン300ml、ヘキサン300mlで2回の順で同様に行い、得られた固体に含まれる各溶剤への溶解物を除去した。更にトルエン500ml中で1時間還流撹拌後、熱時ろ過を行い、ろ液をエバポレーターで20mlまで濃縮後、メタノール100mlに加え、スラリー化、ろ取、メタノール100mlで洗浄した。50℃で16時間減圧乾燥を行い、緑色固体として比較共役系高分子化合物1を0.60g(収率50.4%)得た。
(Synthesis of Comparative Conjugated Polymer Compound 1)
A 50 ml three-necked flask was purged with nitrogen, 15 ml of toluene, 7.5 ml of 20% tetraethylammonium hydroxide aqueous solution, 2,3-di (4-n-octylsulfanylphenyl) -5,7-diiodhieno [3, 4-b] pyrazine 1.0 g (1.21 mmol), 2,7-bis (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5 ′,-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2 ′ synthesized in Example 1 -Dioxaborolan-2′-yl) -N-9 ′ ′-heptadecanylcarbazole 0.84 g (1.27 mmol), tris (dibenzylideneacetone) dipalladium 11.1 mg (1.0 mol%), tris (o- 14.7 mg (4.0 mol%) of tolyl) phosphine was added, and the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 21 hours. 1 drop of iodobenzene was added and 1 drop of (4 ′, 4 ′, 5 ′, 5 ′,-tetramethyl-1 ′, 3 ′, 2′-dioxaborolan-2′-yl) benzene was added for 6 hours. The mixture was heated and stirred at 90 ° C. for an hour. The reaction solution was poured into 500 ml of 90% aqueous methanol solution, and the slurry was filtered and washed with 100 ml of 90% aqueous methanol solution and 100 ml of methanol. Drying under reduced pressure at 40 ° C. for 3 hours gave a green solid.
The obtained solid was stirred under reflux in 300 ml of methanol for 1 hour, and then filtered while hot. This operation was performed in the same manner twice with 300 ml of acetone and 300 ml of hexane, and the dissolved substances in each solvent contained in the obtained solid were removed. Further, the mixture was refluxed and stirred in 500 ml of toluene for 1 hour and filtered while hot. The filtrate was concentrated to 20 ml with an evaporator, added to 100 ml of methanol, slurried, filtered, and washed with 100 ml of methanol. It dried under reduced pressure at 50 degreeC for 16 hours, and obtained 0.60g (yield 50.4%) of comparative conjugated polymer compounds 1 as a green solid.

(36) (36)

得られた比較共役系高分子化合物1について、実施例1と同様に元素分析及びIRの測定を行なった。結果を以下に示す。これらの結果から、比較共役系高分子化合物1の構造であることを確認した。
比較共役系高分子化合物1
モノマーセグメントの元素組成:C6385 モノマーセグメントの分子量:980.56
The obtained comparative conjugated polymer compound 1 was subjected to elemental analysis and IR measurement in the same manner as in Example 1. The results are shown below. From these results, it was confirmed that the structure of the comparative conjugated polymer compound 1 was obtained.
Comparative conjugated polymer compound 1
Elemental composition of monomer segment: C 63 H 85 N 3 S 3 Molecular weight of monomer segment: 980.56

IR(ATR)(cm−1):2952,2921,2850,1592,1454,1432,1336,1267,1247,1222,1097,1014,979,823,796,725,651,611,538,522
得られた比較共役系高分子化合物1について、実施例1と同様の方法で紫外可視分光スペクトルの測定を行った。得られた紫外可視分光スペクトルを図2に示す。
IR (ATR) (cm −1 ): 2952, 2921, 2850, 1592, 1454, 1432, 1336, 1267, 1247, 1222, 1097, 1014, 979, 823, 796, 725, 651, 611, 538, 522
With respect to the obtained comparative conjugated polymer compound 1, the ultraviolet-visible spectrum was measured in the same manner as in Example 1. The obtained UV-visible spectrum is shown in FIG.

(実施例5)
実施例1〜4で得られた共役系高分子化合物1〜4及び比較例1で得られた比較共役系高分子化合物1の紫外可視分光スペクトル、重量平均分子量を測定し、更に耐光性試験を行い、得られた高分子化合物を評価した。
紫外可視分光スペクトルの測定
共役系高分子化合物1〜4及び比較共役系高分子化合物1について、紫外可視分光スペクトルを下記の測定条件で測定した。
紫外可視分光曲線の測定条件
共役系高分子化合物1〜4、比較共役系高分子化合物1はオルトジクロロベンゼンを用いて、各5.0mg/100mlの濃度に調製した溶液を作成し、紫外可視分光光度計(島津製作所製 商品名:UV−1800)を用い、測定を行った。
(Example 5)
The UV-visible spectrum and the weight average molecular weight of the conjugated polymer compounds 1 to 4 obtained in Examples 1 to 4 and the comparative conjugated polymer compound 1 obtained in Comparative Example 1 were measured, and a light resistance test was further conducted. The polymer compound obtained was evaluated.
Measurement of UV-Visible Spectral Spectrum With respect to the conjugated polymer compounds 1 to 4 and the comparative conjugated polymer compound 1, the UV-visible spectrum was measured under the following measurement conditions.
Measurement conditions of UV-visible spectroscopic curve Conjugated polymer compounds 1 to 4 and comparative conjugated polymer compound 1 were prepared using orthodichlorobenzene to prepare solutions each having a concentration of 5.0 mg / 100 ml, and UV-visible spectroscopy. Measurement was performed using a photometer (trade name: UV-1800, manufactured by Shimadzu Corporation).

図2には、実施例1〜4の共役系高分子化合物1〜4と比較例1の比較共役系高分子化合物1の紫外可視分光スペクトルを示した。得られたスペクトルから、極大吸収波長(λmax)とモル吸光係数εを求めた結果を表18に記載する。   FIG. 2 shows ultraviolet-visible spectrums of the conjugated polymer compounds 1 to 4 of Examples 1 to 4 and the comparative conjugated polymer compound 1 of Comparative Example 1. Table 18 shows the results of obtaining the maximum absorption wavelength (λmax) and the molar extinction coefficient ε from the obtained spectrum.

共役系高分子化合物の重量平均分子量の測定
得られた共役系高分子化合物の分子量分布を、Waters515HPLCシステム(日本Waters社製)により、測定を行い、分子量分布、重量平均分子量を確認した。
Measurement of Weight Average Molecular Weight of Conjugated Polymer Compound The molecular weight distribution of the obtained conjugated polymer compound was measured with a Waters 515 HPLC system (manufactured by Waters, Japan) to confirm the molecular weight distribution and the weight average molecular weight.

GPC測定条件としては、測定対象サンプル2mgをTHF10mlに溶解させ、0.5μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターでろ過してサンプル溶液とし、以下の条件で測定した。
カラム:迅速分析用ダウンサイズカラム Shodex KF−604×2
カラムオーブン温度:40℃ 検出波長:254nm
As GPC measurement conditions, 2 mg of a sample to be measured was dissolved in 10 ml of THF, filtered through a 0.5 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to obtain a sample solution, and measurement was performed under the following conditions.
Column: Downsize column for rapid analysis Shodex KF-604 × 2
Column oven temperature: 40 ° C. Detection wavelength: 254 nm

また、試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン(昭和電工社製 Shodex STANDARD SM−105)により作成した分子量校正曲線を使用した。上記測定条件により測定を行なった、重量平均分子量の結果を表18に示す。   Moreover, in calculating the molecular weight of the sample, a molecular weight calibration curve prepared with standard polystyrene (Shodex STANDARD SM-105 manufactured by Showa Denko KK) was used. Table 18 shows the results of the weight average molecular weight measured under the above measurement conditions.

また、本発明の共役系高分子化合物1〜4は、市販の光電変換材料であるP3HT(〜460nm)やPCDTBT(〜570nm)と比べて、長波長領域の吸収帯を有するポリマーであり、より高い太陽光エネルギーの吸収効率が期待できる。   In addition, the conjugated polymer compounds 1 to 4 of the present invention are polymers having an absorption band in a long wavelength region as compared to commercially available photoelectric conversion materials P3HT (up to 460 nm) and PCDTBT (up to 570 nm). High solar energy absorption efficiency can be expected.

共役系高分子化合物の耐光性試験とその結果
実施例1〜4で得られた共役系高分子化合物1〜4、比較例1で得られた比較共役系高分子化合物1の耐光性試験評価を、以下の手順に従い行った。
共役系高分子化合物1〜4、比較共役系高分子化合物1にオルトジクロロベンゼンを用いて、各1.0mg/20mlの濃度に調製した溶液を作成した。この溶液をサンプル瓶に投入し、キセノン耐光性試験機(東洋精機製作所製、ATLAS SUNTEST CPS+、光源:キセノンアーク、放射照度30W/m(300〜400nm))を用いて1時間光照射を行った。また、照射中の試料溶液は10%NDフィルター(日本真空光学社製)により減光した。残存率(%)は照射前後の試料溶液の極大吸収波長における吸光度を測定し、照射前の吸光度を100%とした時の照射後の吸光度の割合から算出した。結果を表19に示す。
Light Resistance Test of Conjugated Polymer Compound and Resultant Light Resistance Test Evaluation of Conjugated Polymer Compound 1-4 Obtained in Examples 1-4 and Comparative Conjugated Polymer Compound 1 Obtained in Comparative Example 1 The following procedure was followed.
Using orthodichlorobenzene for the conjugated polymer compounds 1 to 4 and the comparative conjugated polymer compound 1, solutions prepared to a concentration of 1.0 mg / 20 ml were prepared. This solution is put into a sample bottle and irradiated with light for 1 hour using a xenon light resistance tester (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho, ATLAS SUNTEST CPS +, light source: xenon arc, irradiance 30 W / m 2 (300 to 400 nm)). It was. Further, the sample solution during irradiation was attenuated by a 10% ND filter (manufactured by Nippon Vacuum Optics). The residual rate (%) was calculated from the ratio of the absorbance after irradiation when the absorbance at the maximum absorption wavelength of the sample solution before and after irradiation was measured and the absorbance before irradiation was taken as 100%. The results are shown in Table 19.

前記表19より、本発明の共役系高分子化合物1〜4は、比較共役系高分子化合物1と比べて、耐光性が高いことが確認された。これは、チエノピラジン誘導体構造とAセグメント(例えば、カルバゾール誘導体由来のセグメント、フルオレン誘導体由来のセグメント等)の間に、チオフェン構造を有していることから、ポリマーとしてπ共役系が二次元的に広がり、これにより光に対する安定性が向上し、耐光性が高くなったと考えられる。
本発明の共役系高分子化合物は比較共役系高分子化合物1と比べて耐光性が高くなったことにより、得られる光電変換素子の変換効率の低下を防止できる。
From Table 19, it was confirmed that the conjugated polymer compounds 1 to 4 of the present invention have higher light resistance than the comparative conjugated polymer compound 1. This has a thiophene structure between the thienopyrazine derivative structure and the A segment (for example, a segment derived from a carbazole derivative, a segment derived from a fluorene derivative, etc.), so that the π-conjugated system spreads two-dimensionally as a polymer. This is considered to improve the light stability and increase the light resistance.
Since the light resistance of the conjugated polymer compound of the present invention is higher than that of the comparative conjugated polymer compound 1, it is possible to prevent the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element from being lowered.

(実施例6)有機薄膜太陽電池素子の作製、光電変換効率の評価
実施例6においては、実施例1〜4で得られた共役系高分子化合物1〜4、比較例1で得られた比較共役系高分子化合物1、並びに、市販されているP3HT(比較例2)をp型有機半導体に用いた太陽電池素子を、以下の手順に従い作製し、光電変換効率の評価を行った。
光電変換素子の作成、光電変換効率の評価
ITOガラス基板(ジオマテック製、表面抵抗10Ω/sq以下)を界面活性剤水溶液、イオン交換水、アセトン、2−プロパノールで順に超音波洗浄を行った。洗浄したITOガラス基板を超純水で水洗した後、窒素ブローで乾燥させ、その後紫外線オゾン洗浄を行った。
(電子輸送層の作製)
エタノール5.0mlに酢酸亜鉛二水和物(和光純薬製)0.11gを加え、80℃で2時間撹拌した後、エタノールアミン30μlを加え、60℃で12時間撹拌した。撹拌後の溶液を室温に冷却後、0.5μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターでろ過した。この溶液を洗浄した基板上に5000rpmでスピンコートし、ホットプレートにより300℃で60分間アニール化処理を行い、電子輸送層を形成した。
(光電変換層の作製)
実施例1〜4及び比較例1記載の共役系高分子化合物10.0mg、PC60BM(アルドリッチ製、純度99.5%)15.0mg、1、8−ジヨードオクタン6μl(東京化成製)をオルトジクロロベンゼン0.74mlに加え、室温で24時間、80℃で2時間撹拌した。撹拌後の溶液を室温に冷却後、0.5μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターでろ過した。この溶液を用いて電子輸送層上に800rpmでスピンコートし、室温で30分間乾燥させ、光電変換層を形成した。
(正孔輸送層、金属電極の作製)
光電変換層上に正孔輸送層として酸化モリブデン(Strem Chemicals製)を10nm、アノード極として金を150nm順次真空蒸着にて形成して太陽電池素子を作製した。
I−V特性評価はKeysight Technologies社製B2901Aソース/メジャーユニットで測定を行い、擬似太陽光は三栄電機製作所社製ソーラーシミュレータXES−40S3−TTR(スペクトル形状:AM1.5、強度:100mW/cm)を用いた。測定より得られた短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(FF)、光電変換効率(η)を表20に示す。
(Example 6) Preparation of organic thin film solar cell element and evaluation of photoelectric conversion efficiency In Example 6, the conjugated polymer compounds 1 to 4 obtained in Examples 1 to 4 and the comparison obtained in Comparative Example 1 were used. A solar cell element using conjugated polymer compound 1 and commercially available P3HT (Comparative Example 2) as a p-type organic semiconductor was produced according to the following procedure, and the photoelectric conversion efficiency was evaluated.
Preparation of photoelectric conversion element and evaluation of photoelectric conversion efficiency An ITO glass substrate (manufactured by Geomatic, surface resistance of 10 Ω / sq or less) was subjected to ultrasonic cleaning in order with an aqueous surfactant solution, ion-exchanged water, acetone and 2-propanol. The washed ITO glass substrate was washed with ultrapure water, dried by nitrogen blowing, and then subjected to ultraviolet ozone cleaning.
(Preparation of electron transport layer)
After adding 0.11 g of zinc acetate dihydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) to 5.0 ml of ethanol and stirring at 80 ° C. for 2 hours, 30 μl of ethanolamine was added and stirred at 60 ° C. for 12 hours. The stirred solution was cooled to room temperature and then filtered through a 0.5 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter. The solution was spin-coated on a cleaned substrate at 5000 rpm, and annealed at 300 ° C. for 60 minutes using a hot plate to form an electron transport layer.
(Preparation of photoelectric conversion layer)
Conjugated polymer compounds 10.0 mg described in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, PC 60 BM (manufactured by Aldrich, purity 99.5%) 15.0 mg, 1,8-diiodooctane 6 μl (manufactured by Tokyo Chemical Industry) To 0.74 ml of orthodichlorobenzene and stirred at room temperature for 24 hours and at 80 ° C. for 2 hours. The stirred solution was cooled to room temperature and then filtered through a 0.5 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter. Using this solution, the electron transport layer was spin-coated at 800 rpm and dried at room temperature for 30 minutes to form a photoelectric conversion layer.
(Preparation of hole transport layer and metal electrode)
On the photoelectric conversion layer, molybdenum oxide (manufactured by Strem Chemicals) was formed with a thickness of 10 nm as a hole transport layer, and gold was formed as an anode electrode with a thickness of 150 nm in order by vacuum deposition to prepare a solar cell element.
The IV characteristic evaluation is performed with a B2901A source / measure unit manufactured by Keysight Technologies, and the simulated solar light is a solar simulator XES-40S3-TTR manufactured by Sanei Electric Manufacturing Co., Ltd. (spectrum shape: AM1.5, intensity: 100 mW / cm 2). ) Was used. Table 20 shows the short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) obtained from the measurement.

(比較例2)P3HT(比較化合物2)の光電変換素子の作成と評価
ITOガラス基板(ジオマテック製、表面抵抗10Ω/sq以下)を界面活性剤水溶液、イオン交換水、アセトン、エタノールで順に超音波洗浄を行った。洗浄したITOガラス基板を超純水で水洗し、窒素ブローで乾燥させた後、紫外線オゾン洗浄を行った。
(電子輸送層の作製)
酸化チタン水分散体(ソラロニクス製、Ti−Nanoxide HT−L/SC)を基板上に5000rpmでスピンコートし、ホットプレートにより120℃で60分間アニール化を行い、電子輸送層を形成した。
(光電変換層、正孔輸送層の作製)
P3HT(アルドリッチ製、OS2100)12.5mg、PC60BM(アルドリッチ製、純度99.5%)7.5mg、1、8−ジヨードオクタン11μl(東京化成製)をオルトジクロロベンゼン0.5mlに加え、室温で24時間、65℃で2時間撹拌した。この溶液を用いて電子輸送層上に850rpmでスピンコートし、光電変換層を形成した。室温で40分乾燥後、1.0wt%PEDOT:PSS水分散体(アルドリッチ製)を2000rpmでスピンコートし、140℃で5分間アニール化を行い、正孔輸送層を形成した。
(金属電極の作製)
正孔輸送層上にアノード極として金を150nm真空蒸着にて形成して太陽電池素子を作製した。
I−V特性評価はKeysight Technologies社製B2901Aソースメーターで測定を行い、擬似太陽光は三栄電機製作所社製ソーラーシミュレータXES−40S3−TTR(スペクトル形状:AM1.5、強度:100mW/cm)を用いた。測定より得られた短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(FF)、光電変換効率(η)を表20に示す。
(Comparative Example 2) Preparation and Evaluation of P3HT (Comparative Compound 2) Photoelectric Conversion Element An ITO glass substrate (manufactured by Geomatic, surface resistance of 10 Ω / sq or less) was ultrasonicated sequentially with an aqueous surfactant solution, ion-exchanged water, acetone, and ethanol. Washing was performed. The cleaned ITO glass substrate was washed with ultrapure water, dried by nitrogen blowing, and then subjected to ultraviolet ozone cleaning.
(Preparation of electron transport layer)
A titanium oxide aqueous dispersion (manufactured by Solaronics, Ti-Nanoxide HT-L / SC) was spin-coated on a substrate at 5000 rpm, and annealed at 120 ° C. for 60 minutes using a hot plate to form an electron transport layer.
(Preparation of photoelectric conversion layer and hole transport layer)
P3HT (manufactured by Aldrich, OS2100) 12.5 mg, PC 60 BM (manufactured by Aldrich, purity 99.5%) 7.5 mg, 1,8-diiodooctane 11 μl (manufactured by Tokyo Kasei) are added to 0.5 ml of orthodichlorobenzene. The mixture was stirred at room temperature for 24 hours and at 65 ° C. for 2 hours. Using this solution, spin coating was performed on the electron transport layer at 850 rpm to form a photoelectric conversion layer. After drying at room temperature for 40 minutes, 1.0 wt% PEDOT: PSS aqueous dispersion (manufactured by Aldrich) was spin-coated at 2000 rpm and annealed at 140 ° C. for 5 minutes to form a hole transport layer.
(Production of metal electrodes)
On the hole transport layer, gold was formed as an anode electrode by vacuum deposition at 150 nm to produce a solar cell element.
The IV characteristic evaluation is performed with a B2901A source meter manufactured by Keysight Technologies, and the simulated solar light is a solar simulator XES-40S3-TTR (spectral shape: AM1.5, intensity: 100 mW / cm 2 ) manufactured by Sanei Electric Manufacturing Co., Ltd. Using. Table 20 shows the short-circuit current density (Jsc), open-circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) obtained from the measurement.

表20より本発明の共役系高分子化合物をp型有機半導体に用いた光電変換素子は比較例1で作製した光電変換素子より変換効率が高いことが確認できた。   From Table 20, it was confirmed that the photoelectric conversion element using the conjugated polymer compound of the present invention for the p-type organic semiconductor had higher conversion efficiency than the photoelectric conversion element prepared in Comparative Example 1.

本発明のスルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体を少なくともモノマーセグメントに含む共役系高分子化合物は、鈴木重合反応により合成することで、低環境負荷の安全性の高い製造を行なうことができる。また本発明のスルファニル置換ジチエニルチエノピラジン誘導体を、少なくともモノマーセグメントに含む共役系高分子化合物は、低バンドギャップを示し、更に素子化することにより、有効な有機薄膜太陽電池として用いることができる。   A conjugated polymer compound containing at least the monomer segment of the sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative of the present invention can be produced by a Suzuki polymerization reaction and can be produced with low environmental impact and high safety. A conjugated polymer compound containing at least the monomer segment of the sulfanyl-substituted dithienylthienopyrazine derivative of the present invention exhibits a low band gap and can be used as an effective organic thin-film solar cell by further forming an element.

Claims (7)

下記式(1)、
(1)
[式(1)中、Rは、同一でも異なっていてもよく、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいアラルキル基であり、Aは、炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメント、またはヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントである。]
で表されるモノマーセグメントを含む共役系高分子化合物。
The following formula (1),
(1)
[In Formula (1), R 1 may be the same or different, and may be a linear or branched alkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or An aralkyl group which may have a substituent, A is a segment derived from a polycyclic aromatic compound composed of a carbon skeleton or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom. ]
A conjugated polymer compound comprising a monomer segment represented by
前記モノマーセグメントが、下記式(2)、
(2)
[式(2)中、Rは、前記と同意義であり、Rは、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいヘテロアリール基である。]
または下記式(3)、
(3)
[式(3)中、Rは、前記と同意義であり、Rは、同一でも異なっていてもよく、置換基を有していてもよい直鎖または分岐鎖のアルキル基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、または置換基を有していてもよいヘテロアリール基である。]
で表されるモノマーセグメントである請求項1記載の共役系高分子化合物。
The monomer segment is represented by the following formula (2),
(2)
[In Formula (2), R 1 is as defined above, and R 2 is a linear or branched alkyl group which may have a substituent, and an aralkyl which may have a substituent. A group, an aryl group which may have a substituent, or a heteroaryl group which may have a substituent. ]
Or the following formula (3),
(3)
[In Formula (3), R 1 is as defined above, and R 3 may be the same or different and may have a linear or branched alkyl group or substituent. An aralkyl group which may have a substituent, an aryl group which may have a substituent, or a heteroaryl group which may have a substituent. ]
The conjugated polymer compound according to claim 1, which is a monomer segment represented by the formula:
請求項1または2記載の共役系高分子化合物を含む光電変換素子。 A photoelectric conversion element comprising the conjugated polymer compound according to claim 1. 請求項3記載の光電変換素子を含む有機薄膜太陽電池。 The organic thin-film solar cell containing the photoelectric conversion element of Claim 3. 下記式(4)、
(4)
[式(4)中、Rは前記と同意義であり、Xはフッ素、塩素、臭素またはヨウ素である。]
ハロゲン化チエノピラジン誘導体モノマーと、
下記式(5)、
[式(5)中、Aは、炭素骨格からなる多環式芳香族化合物由来のセグメント、またはヘテロ原子を含む複素環式芳香族化合物由来のセグメントであり、Rは、ボロン酸またはそのエステルからの残基である。]
で表されるモノマーを反応溶媒中で、パラジウム触媒と有機リン化合物の存在下、鈴木重合反応させることを特徴とする共役系高分子化合物の製造方法。
Following formula (4),
(4)
[In the formula (4), R 1 is as defined above, and X is fluorine, chlorine, bromine or iodine. ]
A halogenated thienopyrazine derivative monomer;
Following formula (5),
[In Formula (5), A is a segment derived from a polycyclic aromatic compound comprising a carbon skeleton, or a segment derived from a heterocyclic aromatic compound containing a hetero atom, and R 4 is boronic acid or an ester thereof. Is a residue from ]
A method for producing a conjugated polymer compound comprising subjecting a monomer represented by formula (I) to a Suzuki polymerization reaction in a reaction solvent in the presence of a palladium catalyst and an organic phosphorus compound.
下記式(6)、
(6)
[式(6)中、Rは、前記と同意義である。]
で表される、スルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体。
Following formula (6),
(6)
[In formula (6), R 1 has the same meaning as described above. ]
A dithienylthienopyrazine derivative having a sulfanyl group represented by:
下記式(7)、
(7)
[式(7)中、Rは、同一でも異なっていてもよい、ハロゲン原子、スルホン酸エステル基、トシル基、メシル基またはニトロ基である。]
で表される、ジチエニルチエノピラジン誘導体と、
下記式(8)、
[式(8)中、Rは、前記と同意義である。]
で表されるチオール化合物を反応溶媒中で、塩基存在下で反応させることを特徴とする請求項6記載のスルファニル基を有するジチエニルチエノピラジン誘導体の製造方法。
Following formula (7),
(7)
[In Formula (7), R 5 may be the same or different and is a halogen atom, a sulfonate group, a tosyl group, a mesyl group or a nitro group. ]
A dithienylthienopyrazine derivative represented by:
Following formula (8),
[In formula (8), R 1 has the same meaning as described above. ]
The method for producing a dithienylthienopyrazine derivative having a sulfanyl group according to claim 6, wherein the thiol compound represented by the formula is reacted in a reaction solvent in the presence of a base.
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