JP2018177842A - MANUFACTURING METHOD OF FLUORINE-CONTAINING π-CONJUGATED CYCLIC POLYMER, AND LIGHT EMITTING ELEMENT USING THE FLUORINE-CONTAINING π-CONJUGATED CYCLIC POLYMER OBTAINED BY THE MANUFACTURING METHOD - Google Patents

MANUFACTURING METHOD OF FLUORINE-CONTAINING π-CONJUGATED CYCLIC POLYMER, AND LIGHT EMITTING ELEMENT USING THE FLUORINE-CONTAINING π-CONJUGATED CYCLIC POLYMER OBTAINED BY THE MANUFACTURING METHOD Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer high in solubility in an organic solvent and good in deposition property while achieving π electron conjugation property sufficiently, and excellent in stability and durability, and the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer obtained by the manufacturing method, and a light emitting element using the same.SOLUTION: There is provided a manufacturing method of a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer manufactured by conducting single polymerization or copolymerization of a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer by a homo or cross coupling reaction using a transition metal catalyst, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer is synthesized by a reaction of a single cyclic or chain-shaped compound (A) having one of a double bond and one or more fluorine element in a molecule and a compound (B), which is a π-conjugated cyclic compound and has 2 or 4 hydroxyl groups at an ortho position and a bromine atom, a chlorine atom or an iodine atom at a para position as a nucleus substitution group.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、π電子共役性を十分に発現しながら、有機溶媒に対する溶解性が高く成膜性が良好で、且つ、安定性と耐久性に優れる含フッ素π共役系環状高分子の製造方法と該製造方法によって得られる含フッ素π共役系環状高分子を用いた発光素子に関する。   The present invention provides a method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having high solubility in an organic solvent and good film forming properties while sufficiently exhibiting π electron conjugation, and excellent in stability and durability. The present invention relates to a light emitting device using the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer obtained by the production method.

主鎖にπ共役二重結合を有するπ共役系化合物は、導電性や可視光領域での光吸収・発光特性を示し、有機EL(エレクトロルミネッセンス)等の表示素子材料や記録材料又は電界効果トランジスタや太陽電池等に利用することが盛んに研究されている。π共役系化合物としては、従来からアセチレン、チオフェン、フェニレン、フェニレンビニレン等の基本骨格を有するオリゴマーや高分子が知られており、例えば、非特許文献1にはπ共役系高分子の構造制御合成法が解説されている。また、それらの骨格以外にも、ペンタセン等のオリゴマーやフルオレン、フェナントロレン等の基本骨格を有する高分子等も検討されている。   A π-conjugated compound having a π-conjugated double bond in its main chain exhibits conductivity and light absorption and emission characteristics in the visible light region, and is used for display element materials such as organic EL (electroluminescence), recording materials or field effect transistors It has been actively studied to use it for solar cells and the like. As π-conjugated compounds, oligomers and polymers having a basic skeleton such as acetylene, thiophene, phenylene, phenylenevinylene and the like are conventionally known. For example, Non-Patent Document 1 describes structure control synthesis of π-conjugated polymers The law is described. In addition to these skeletons, oligomers such as pentacene and polymers having a basic skeleton such as fluorene and phenanthrolene have also been studied.

π共役化合物を有機半導体として適用する場合、p型又はn型の半導体特性を有する材料がデバイスや用途に応じて選んで使用されている。例えば、EL素子や太陽電池ではp型及びn型の両方の材料が使用されている。p型半導体材料としてはペンタセン、チオフェン等が知られており、従来から数多くの候補材が検討されている。それに対して、n型半導体材料はそもそも材料の種類が少なく、ペンタフルオロペンタセンの含フッ素化合物やフラーレン等の少数のn型有機半導体が知られているものの、具体的に適用可能な材料が非常に限られているのが現状である。したがって、今後の適用範囲の拡大を図るために新規のn型有機半導体材料の開発が強く求められている。n型有機半導体化合物の中で特にπ共役系高分子は、高分子特有の成膜性と加工性を有することから様々な分野への適用が期待できるため、新規高分子材料の開発への要求が非常に高い。   When the π-conjugated compound is applied as an organic semiconductor, materials having semiconductor characteristics of p-type or n-type are selected and used according to the device and application. For example, both p-type and n-type materials are used in EL elements and solar cells. Pentacene, thiophene and the like are known as p-type semiconductor materials, and many candidate materials have been studied conventionally. On the other hand, although n-type semiconductor materials have few kinds of materials in the first place and a small number of n-type organic semiconductors such as fluorine-containing compounds of pentafluoropentacene and fullerenes are known, materials applicable specifically are extremely The current situation is limited. Therefore, development of a new n-type organic semiconductor material is strongly required to expand the scope of application in the future. Among n-type organic semiconductor compounds, π-conjugated polymers, in particular, have film-forming properties and processability that are unique to polymers, and can be expected to be applied to various fields, so there is a demand for development of new polymer materials Is very expensive.

n型半導体高分子の合成は、フラーレン等のように特殊な構造を有する化合物を新たに合成する方法もあるが、既存のp型有機半導体化合物にフッ素骨格を導入することによってn型の有機半導体化を行う方法が、材料の選択幅を広げることができるという点から非常に有効である。このような観点に基づいて、特許文献1には、電子材料に有用なフッ素化シクロペンタノン環と芳香環との縮合化合物及びその製造方法が提案されている。   There is also a method of newly synthesizing a compound having a special structure such as fullerene etc. for the synthesis of the n-type semiconductor polymer, but by introducing a fluorine skeleton into an existing p-type organic semiconductor compound, the n-type organic semiconductor The method of conversion is very effective in that the range of choice of materials can be expanded. Based on such a viewpoint, Patent Document 1 proposes a condensation compound of a fluorinated cyclopentanone ring and an aromatic ring useful for an electronic material and a method for producing the same.

分子中にフッ素骨格を導入した化合物としては、本発明者等も、フッ素骨格を有するフェナントロリン化合物(特許文献2を参照)及び縮合多環芳香族骨格を有するポリマー(特許文献3を参照)を提案した。これらの化合物又はその骨格を有する高分子は、フッ素骨格を有しないπ共役系化合物又はその高分子に比べて、有機溶媒への溶解性が高く、安定性と耐久性に優れるという特徴を有するものである。   The present inventors also propose a phenanthroline compound having a fluorine skeleton (see Patent Document 2) and a polymer having a fused polycyclic aromatic skeleton (see Patent Document 3) as a compound having a fluorine skeleton introduced in the molecule. did. Polymers having these compounds or their skeletons are characterized by having higher solubility in organic solvents and superior stability and durability as compared to π-conjugated compounds having no fluorine skeleton or their polymers. It is.

特開2006−248944号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2006-248944 特開2016−60772号公報JP, 2016-60772, A 特開2016−84448号公報JP, 2016-84448, A

脇岡 正幸、滝田 良、小澤 文幸、「遷移金属触媒によるπ共役系高分子の構造制御合成」、日本ゴム協会誌、2008年、第81巻、第10号、pp.431−437Wakioka Masayuki, Takita Ryo, Ozawa Fumiyuki, "Structure-Controlled Synthesis of π-Conjugated Polymers by Transition Metal Catalyst", Journal of Japan Rubber Association, 2008, Vol. 81, No. 10, pp. 431-437

フッ素骨格を導入したπ共役系高分子をn型半導体として適用を拡大するためには、n型半導体としての特性向上は勿論のこと、高耐熱性及び高耐久性を有するとともに、一般的な有機溶媒に対する溶解性を高めることによって成膜性及び加工性の向上を図ることが益々必要となる。さらに、フッ素骨格を導入したπ共役系高分子の材料コストを低減することが不可欠であるため、原料の入手が容易で、合成工数が少なく、できれば収率を高くできる合成方法が求められる。   In order to expand the application as a n-type semiconductor by using a π-conjugated polymer having a fluorine skeleton introduced, it is possible not only to improve the characteristics as an n-type semiconductor, but also to have high heat resistance and high durability and It is more and more necessary to improve film formability and processability by enhancing the solubility in a solvent. Furthermore, since it is essential to reduce the material cost of the π-conjugated polymer having a fluorine skeleton introduced, there is a need for a synthesis method which is easy to obtain raw materials, has a small number of synthetic steps, and can increase the yield if possible.

しかしながら、前記特許文献1に記載の合成方法は、高分子の前駆体であるフッ素化シクロペンタノン環と芳香環との縮合化合物を合成するときの反応段階が多く、場合によっては特殊な原料を使用する必要がある。そのため、その縮合化合物を原料として用いてオリゴマー化又は高分子量化を行う場合には製造及び材料のコストが高くなる傾向にある。さらに、フッ素化シクロペンタノン環と芳香環との縮合化合物は、基本的な環状構造がシクロペンタノン環と芳香環との2環であるため、耐熱性、耐久性及び一般的な有機溶媒に対する溶解性の点でまだ改良が必要である。   However, the synthesis method described in Patent Document 1 involves many reaction steps when synthesizing a condensation compound of a fluorinated cyclopentanone ring and an aromatic ring, which are polymer precursors, and in some cases, special raw materials. Need to use. Therefore, when the condensation compound is used as a raw material to perform oligomerization or polymerization, the cost of production and materials tends to be high. Furthermore, the fused compound of a fluorinated cyclopentanone ring and an aromatic ring has a basic cyclic structure of two rings of a cyclopentanone ring and an aromatic ring, so that the heat resistance, durability, and general organic solvent are obtained. Improvements are still needed in terms of solubility.

また、前記特許文献2に記載のフッ素骨格を有するフェナントロリン化合物、及び前記特許文献3に記載の縮合多環芳香族骨格を有するポリマーは、基本骨格が多環芳香族であることから、一般的な有機溶剤に対する溶解性の一層の向上、成膜後に形成される薄膜の柔軟性の付与、及び材料選択幅の拡大を図るため、前記多環芳香族とは異なる基本骨格を有する新規のπ共役系高分子材料の開発が強く望まれている。   Further, the phenanthroline compound having a fluorine skeleton described in Patent Document 2 and the polymer having a fused polycyclic aromatic skeleton described in Patent Document 3 are generally used because the basic skeleton is a polycyclic aromatic group. A novel π-conjugated system having a basic skeleton different from that of the above-mentioned polycyclic aromatics in order to further improve the solubility in organic solvents, impart flexibility of a thin film formed after film formation, and expand the range of material selection. Development of polymeric materials is strongly desired.

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、π電子共役性を十分に発現しながら、有機溶媒に対する溶解性が高く成膜性が良好で、且つ、安定性と耐久性に優れ、合成の際に原料入手が容易で、従来よりも少ない工数で合成を行うことができる含フッ素π共役系環状高分子の製造方法と該製造方法によって得られる含フッ素π共役系環状高分子を用いた発光素子に関する。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has high solubility in an organic solvent and good film formability while sufficiently exhibiting π electron conjugation, and stability and Method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer that is excellent in durability, easy to obtain raw materials in synthesis, and can be synthesized with a smaller number of steps than conventional, and a fluorine-containing π-conjugated system obtained by the method The present invention relates to a light emitting element using a cyclic polymer.

本発明は、単環状の芳香族環に、水素の少なくとも1個がフッ素原子で置換された炭化水素系の飽和環状構造の2つ又は1つを導入した含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを合成し、該含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマをホモカップリング反応又はクロスカップリング反応によって単独重合又は別のπ共役系高分子前駆体モノマとの共重合を行うことにより上記の課題を解決できることを見出して本発明に到った。   The present invention is a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor in which at least one hydrogen is substituted with a fluorine atom to introduce two or one of saturated hydrocarbon structures of a hydrocarbon-based saturated cyclic structure into a monocyclic aromatic ring. A monomer is synthesized, and the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer is homopolymerized or copolymerized with another π-conjugated polymer precursor monomer by homocoupling reaction or cross coupling reaction. The present invention has been found out that the problems of the invention can be solved.

すなわち、本発明の構成は以下の通りである。
[1]本発明は、遷移金属触媒を用いるホモカップリング反応又はクロスカップリング反応によって含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマの単独重合又は共重合を行って製造される含フッ素π共役系環状高分子の製造方法であって、前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマが、二重結合の一つ及びフッ素元素の一つ以上を1分子中に有する単環状又は鎖状の化合物(A)と、π共役系の環状化合物であって、核置換基としてオルト位に2個又は4個の水酸基及びパラ位に臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子を有する化合物(B)と、の反応によって合成されることを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
[2]本発明は、前記化合物(A)が下記式(1)又は(2)で表される構造を有する化合物であり、前記化合物(B)が下記式(3)、(4)又は(5)で表される構造を有する化合物であることを特徴とする前記[1]に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。

Figure 2018177842
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式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子であり、R51、R61、は、それぞれ独立にフッ素原子、臭素原子又は塩素原子である。a、b、c、dは0又は1の整数であり、a+b+c+d=2〜4の何れかの整数である。R、R、R、Rにおいて、R及び該Rとシス位の置換基であるRは、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、R、Rはフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基である。
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
式中、X、Xは、独立に臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子であり、R、Rは、独立に水素原子、アルキル基又はアリール基である。Yは、下記(Y1)〜(Y9)のいずれかで表される原子又は原子団であり、
Figure 2018177842
式中、Rc、Rd、Re、Rfは、それぞれ独立に水素原子又は置換基である。
[3]本発明は、前記R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42、R51、R61、R、Rが、何れもフッ素原子であり、前記R、Rが、独立にフッ素原子又はパーフルオロアルキル基であることを特徴とする前記[2]に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
[4]本発明は、前記a+b+c+dがa+b+c+d=3の整数であることを特徴とする前記[2]又は[3]に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
[5]本発明は、前記X及びXが、臭素原子であることを特徴とする前記[2]〜[4]のいずれか一項に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
[6]本発明は、前記[2]〜[5]のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(1)で表される化合物と、前記式(3)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(6)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子である。
[7]本発明は、前記[2]〜[5]のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(1)で表される化合物と、前記式(4)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(7)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
Figure 2018177842
式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子である。R、Rは、独立に水素原子、アルキル基又はアリール基である。
[8]本発明は、前記[2]〜[5]のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(1)で表される化合物と、前記式(5)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(8)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
Figure 2018177842
式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子である。Yは、前記(Y1)〜(Y9)のいずれかで表される原子又は原子団と同じ原子又は原子団である。
[9]本発明は、前記[2]〜[5]のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(2)で表される化合物と、前記式(3)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(9)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
Figure 2018177842
式中、R、Rはフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基である。
[10]本発明は、前記[2]〜[5]のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(2)で表される化合物と、前記式(4)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(10)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
Figure 2018177842
式中、R、Rはフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基であり、R、Rは、独立に水素原子、アルキル基又はアリール基である。
[11]本発明は、前記[2]〜[5]のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(2)で表される化合物と、前記式(5)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(11)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
Figure 2018177842
式中、R、Rはフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基である。Yは、前記(Y1)〜(Y9)のいずれかで表される原子又は原子団と同じ原子又は原子団である。
[12]前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを、前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマとは別のπ共役系高分子前駆体モノマとクロスカップリング反応させることにより、さらに、下記式(12)、(13)、(14)及び(15)で表される構造単位の少なくともいずれかを有する共重合体を製造することを特徴とする前記[6]〜[11]のいずれか一項に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
式中、R、R、R、R10は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基又はアルコキシ基を示し、e、g、hは1〜4のいずれかの整数で、fは1〜2のいずれかの整数である。Zは、下記(Z1)〜(Z9)のいずれかで表される原子又は原子団であり、
Figure 2018177842
式中、Rg、Rh、Ri、Rjは、それぞれ独立に水素原子又は置換基である。
[13]本発明は、前記共重合体が、前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマの重合によって前記フッ素π共役系環状高分子中に形成される構造単位と、前記式(12)、(13)、(14)及び(15)で表される構造単位のいずれかとが交互に化学結合した交互共重合体であることを特徴とする前記[12]に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を提供する。
[14]本発明は、前記[1]〜[13]のいずれか一項に記載の製造方法で製造された含フッ素π共役系環状高分子を発光層の発光材料として含む発光素子を提供する。 That is, the constitution of the present invention is as follows.
[1] The present invention relates to a fluorine-containing π-conjugated system produced by homopolymerization or copolymerization of a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer by homo-coupling reaction or cross-coupling reaction using transition metal catalyst A method for producing a cyclic polymer, wherein the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer is a monocyclic or chain compound having one of double bond and one or more of fluorine element in one molecule. (A) and a cyclic compound of π conjugated system, and a compound (B) having 2 or 4 hydroxyl groups at the ortho position and a bromine atom, a chlorine atom or an iodine atom at the para position as a nuclear substituent Disclosed is a method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer characterized by being synthesized by a reaction.
[2] The present invention is a compound having a structure in which the compound (A) is represented by the following formula (1) or (2), and the compound (B) is a compound represented by the following formula (3), (4) or It is a compound which has a structure represented by 5), The manufacturing method of the fluorine-containing pi conjugated cyclic polymer as described in said [1] characterized by the above-mentioned is provided.
Figure 2018177842
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom, and R 51 and R 61 each independently represent a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom. a, b, c, d are integers of 0 or 1, and a + b + c + d is an integer in any one of 2 to 4. In R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , R 1 and R 3 which is a substituent in the cis position with R 1 are a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 2 and R 4 are a fluorine atom Or an alkyl group containing one or more fluorine atoms.
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
In the formula, X 1 and X 2 each independently represent a bromine atom, a chlorine atom or an iodine atom, and R a and R b each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. Y is an atom or atomic group represented by any of the following (Y1) to (Y9),
Figure 2018177842
In the formula, Rc, Rd, Re and Rf each independently represent a hydrogen atom or a substituent.
[3] In the present invention, each of R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 , R 42 , R 51 , R 61 , R 1 and R 3 is a fluorine atom. The method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to the above [2], wherein R 2 and R 4 are independently a fluorine atom or a perfluoroalkyl group.
[4] The present invention provides the method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to the above [2] or [3], wherein the a + b + c + d is an integer of a + b + c + d = 3.
[5] The present invention is the production of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to any one of the above [2] to [4], wherein X 1 and X 2 are a bromine atom. Provide a way.
[6] The present invention provides the method according to any one of the above [2] to [5], wherein the compound represented by the formula (1) and the compound represented by the formula (3) Wherein a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (6) is produced using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer synthesized from Method for producing π-conjugated cyclic polymer
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom.
[7] The present invention provides the method according to any one of the above [2] to [5], wherein the compound represented by the formula (1) and the compound represented by the formula (4) A fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (7) using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer synthesized from Provided is a method for producing a π-conjugated cyclic polymer.
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom. R a and R b are independently a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
[8] The present invention provides the method according to any one of the above [2] to [5], wherein the compound represented by the formula (1) and the compound represented by the formula (5) A fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (8) using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer synthesized from Provided is a method for producing a π-conjugated cyclic polymer.
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom. Y is the same atom or atomic group as the atom or atomic group represented by any one of (Y1) to (Y9) above.
[9] The present invention provides the method according to any one of the above [2] to [5], wherein the compound represented by the formula (2) and the compound represented by the formula (3) A fluorine-containing pi-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (9) using a fluorine-containing pi-conjugated cyclic polymer precursor monomer synthesized from Provided is a method for producing a π-conjugated cyclic polymer.
Figure 2018177842
In the formula, R 2 and R 4 each represent a fluorine atom or an alkyl group containing one or more fluorine atoms.
[10] The present invention provides the method according to any one of the above [2] to [5], wherein the compound represented by the formula (2) and the compound represented by the formula (4) Wherein a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (10) is produced using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer synthesized from Provided is a method for producing a π-conjugated cyclic polymer.
Figure 2018177842
In the formula, R 2 and R 4 each represent a fluorine atom or an alkyl group containing one or more fluorine atoms, and R a and R b each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
[11] The present invention provides the method according to any one of the above [2] to [5], wherein the compound represented by the formula (2) and the compound represented by the formula (5) A fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (11) using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer synthesized from Provided is a method for producing a π-conjugated cyclic polymer.
Figure 2018177842
In the formula, R 2 and R 4 each represent a fluorine atom or an alkyl group containing one or more fluorine atoms. Y is the same atom or atomic group as the atom or atomic group represented by any one of (Y1) to (Y9) above.
[12] A cross coupling reaction of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer with a π-conjugated polymer precursor monomer different from the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer Furthermore, a copolymer having at least one of the structural units represented by the following formulas (12), (13), (14) and (15) is produced, and the above-mentioned [6] to [11] The method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to any one of the above.
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
In the formula, R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an alkoxy group, and e, g, h are integers of 1 to 4 and f is 1 to Any integer of 2. Z is an atom or atomic group represented by any of the following (Z1) to (Z9),
Figure 2018177842
In the formula, Rg, Rh, Ri and Rj are each independently a hydrogen atom or a substituent.
[13] The present invention provides a structural unit in which the copolymer is formed in the fluorine π-conjugated cyclic polymer by polymerization of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer, and the formula (12) And (13), (14), and (15), which is an alternating copolymer in which any of the structural units represented by (12), (14) and (15) are chemically bonded alternately. Provided is a method of producing a cyclic polymer.
[14] The present invention provides a light emitting device comprising the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced by the method according to any one of the above [1] to [13] as a light emitting material of a light emitting layer. .

本発明の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法によれば、単環状の芳香族環に、水素の少なくとも1個がフッ素原子で置換された炭化水素系の飽和環状構造の2つ又は1つを導入した含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ及び該前駆体モノマを単独重合又は共重合により高分子量化した含フッ素π共役系環状高分子を、入手が容易な原料を用いて、従来よりも少ない合成工数で得ることができる。   According to the method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention, two or one of the saturated cyclic structures of a hydrocarbon system in which at least one hydrogen is substituted by a fluorine atom in a monocyclic aromatic ring. A fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer into which one is introduced and a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer obtained by polymerizing the precursor monomer by homopolymerization or copolymerization, using easily available raw materials, It can be obtained with a smaller number of synthetic steps than before.

また、本発明の製造方法によって得られる含フッ素π共役系環状高分子は、π電子共役性を十分に発現しながら、有機溶媒に対する溶解性が高く成膜性が良好で、且つ、安定性と耐久性に優れる。さらに、本発明の含フッ素π共役系環状高分子をn型有機半導体として電子材料に適用することにより、n型半導体材料の種類が少ないという従来からの技術課題を解決できるとともに、高性能及び新機能を有する電子デバイスや太陽電池に適用することが期待できる。例えば、本発明の含フッ素π共役系環状高分子を発光材料として有する発光素子は、発光性能を高めることができるだけでなく、耐久性の向上を図ることができる。   In addition, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer obtained by the production method of the present invention has high solubility in an organic solvent and good film-forming properties, while sufficiently exhibiting π electron conjugation. Excellent in durability. Furthermore, by applying the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention to an electronic material as an n-type organic semiconductor, it is possible to solve the conventional technical problems that the number of types of n-type semiconductor materials is small. It can be expected to apply to electronic devices and solar cells having functions. For example, a light emitting element having the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention as a light emitting material can not only enhance the light emission performance but also improve the durability.

本発明の含フッ素π共役系環状高分子を製造するための合成反応の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a synthesis reaction for producing the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention. 本発明の含フッ素π共役系環状高分子を製造するための別の合成反応の模式図である。It is a schematic diagram of another synthetic reaction for manufacturing the fluorine-containing pi conjugated cyclic polymer of the present invention. 式(6)及び式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (6) and Formula (12), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(6)及び式(13)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (6) and Formula (13), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(6)及び式(14)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (6) and Formula (14), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(6)及び式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の別の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (6) and Formula (12), and another example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(6)及び式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の別の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (6) and Formula (12), and another example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(6)及び式(14)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の別の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (6) and Formula (14), and another example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(7)及び式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (7) and Formula (12), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(9)及び式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の別の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (9) and Formula (12), and another example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(10)及び式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (10) and Formula (12), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(8)及び式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (8) and Formula (12), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 式(11)及び式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by Formula (11) and Formula (12), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method. 実施例1で合成した含フッ素π共役系高分子前駆体モノマ1のX線結晶構造解析によって推定される結晶構造を示す図である。FIG. 2 is a view showing a crystal structure estimated by X-ray crystal structure analysis of the fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer 1 synthesized in Example 1.

本発明による含フッ素π共役系環状高分子の製造方法は、遷移金属触媒を用いるホモカップリング反応又はクロスカップリング反応によって含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを単独重合又は別のπ共役系高分子前駆体モノマとの共重合により高分子量化して製造される含フッ素π共役系環状高分子の製造方法であって、前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマが、二重結合の一つ及びフッ素元素の一つ以上を1分子中に有する単環状又は鎖状の化合物(A)と、π共役系の環状化合物であって、核置換基としてオルト位に2個又は4個の水酸基及びパラ位に臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子を有する化合物(B)との反応によって合成されるものである。このように、本発明は、前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマが従来にない構造を有する新規化合物である点に特徴を有する。   The process for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to the present invention comprises homopolymerizing another fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer or another π-conjugated by homo-coupling reaction or cross-coupling reaction using a transition metal catalyst. A method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced by copolymerization with a high-molecular-weight polymer precursor monomer, wherein the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer has a double bond. A single cyclic or chain compound (A) having one or more of the fluorine elements in one molecule, and a cyclic compound of π conjugated system, and two or four ortho substituents as a nuclear substituent The compound is synthesized by the reaction with a compound (B) having a bromine atom, a chlorine atom or an iodine atom at the hydroxyl group and the para position of As described above, the present invention is characterized in that it is a novel compound having a structure in which the above-mentioned fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer is not present in the prior art.

前記前駆体モノマは、単環状の芳香族環に、水素の少なくとも1個がフッ素原子で置換された炭化水素系の飽和環状構造の2つ又は1つを導入する化学構造を有し、低毒性で、かつ、市販品として入手が可能で、取り扱いが容易である原料を用いて、温和な条件(室温以下)で脱ハロゲン化水素反応を行って合成されることを特徴とする。そのため、基本的に一段階の反応プロセスにより合成経路を短縮化して導入することができ、前記前駆体モノマのオリゴマー化又は高分子量化の反応を加えても反応プロセスが二段階であり、少ない反応プロセス段階で本発明の含フッ素π共役系環状高分子を製造することができる。   The precursor monomer has a chemical structure which introduces, into a monocyclic aromatic ring, two or one of a hydrocarbon-based saturated cyclic structure in which at least one of hydrogens is substituted with a fluorine atom, and has low toxicity. In addition, it is characterized in that it is synthesized by performing a dehydrohalogenation reaction under mild conditions (below room temperature) using raw materials which are commercially available and easy to handle. Therefore, the synthesis route can be shortened and introduced basically by a one-step reaction process, and even if the reaction of oligomerization or polymerization of the precursor monomer is added, the reaction process is two steps and the reaction is less The fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention can be produced at the process stage.

このようにして本発明の製造方法によって得られる含フッ素π共役系環状高分子は、単環状の芳香族環を基本骨格とする分子主鎖を構成するため、そもそも高いπ共役性を有する。また、前記単環状の芳香族環に側鎖に相当する位置に、水素の少なくとも1個がフッ素原子で置換された炭化水素系の飽和環状構造が結合しているため、高分子の繰り返し単位を構成する基本骨格が立体的に平面構造を形成する傾向にある。それにより、本発明の含フッ素π共役系環状高分子はスタック状に積層する構造をとりやすい基本骨格を有するため、π共役性をさらに高めることができる。   Thus, since the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer obtained by the production method of the present invention constitutes a molecular main chain having a monocyclic aromatic ring as a basic skeleton, it originally has high π-conjugated properties. In addition, since a hydrocarbon-based saturated cyclic structure in which at least one hydrogen is substituted with a fluorine atom is bonded to the monocyclic aromatic ring at a position corresponding to a side chain, a repeating unit of the polymer The constituting basic skeleton tends to form a three-dimensional planar structure. As a result, since the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention has a basic skeleton that can be easily stacked in a stack, it is possible to further enhance the π-conjugated property.

その一方で、炭化水素系の飽和環状構造は、高分子主鎖と垂直方向ではπ共役性がなく、且つ、嵩高い構造であることから、通常の有機溶媒に対する溶解性を大幅に高める効果が得られる。さらに、この飽和環状構造は、鎖状の置換基と比べて耐熱性及び耐久性に向上に大きく寄与する。したがって、有機溶媒への溶解性を向上させるために鎖状の置換基等を導入する従来の方法とは異なり、EL素子の発光材料や有機太陽電池等の電子材料に求められる物性及び特性の低下をほとんど招かない点で優れている。そして、本発明によれば、有機溶媒に対する溶解性、有機薄膜の膜生成性、耐熱性及び耐久性に応じて、前記炭化水素系の飽和環状構造の1個又は2個を高分子繰り返し単位の基本骨格である単環状の芳香族環高分子中に導入することができる。   On the other hand, the saturated cyclic structure of the hydrocarbon group has no π conjugation in the direction perpendicular to the polymer main chain, and has a bulky structure, and thus has the effect of significantly enhancing the solubility in a common organic solvent. can get. Furthermore, this saturated cyclic structure greatly contributes to the improvement of the heat resistance and the durability as compared with the chain substituent. Therefore, unlike the conventional method of introducing a chain substituent or the like in order to improve the solubility in organic solvents, the deterioration of physical properties and characteristics required for light emitting materials of EL elements and electronic materials such as organic solar cells It is excellent in the point which hardly invites. And according to the present invention, depending on the solubility in organic solvents, the film formation of organic thin films, the heat resistance and the durability, one or two of the above-mentioned hydrocarbon saturated ring structures may be used as a polymer repeating unit. It can be introduced into a monocyclic aromatic ring polymer which is a basic skeleton.

ここで、前記炭化水素系の飽和環状構造は、水素原子に代えて、原子半径が大きく電子吸引性の強いフッ素原子又は塩素原子を導入することによって、耐熱性の付与、高分子主鎖を構成する単環状の芳香族環骨格の電子吸引性の増大、及び通常の有機溶媒に対する溶解性の向上に対して一層の効果が得られるようになる。   Here, the hydrocarbon-based saturated cyclic structure has a large atomic radius and introduces electron-withdrawing strong fluorine atoms or chlorine atoms instead of hydrogen atoms to impart heat resistance and form a polymer main chain. Further effect can be obtained on the electron withdrawing property of the monocyclic aromatic ring skeleton and on the solubility in common organic solvents.

このように、本発明の製造方法によって得られる含フッ素π共役系環状高分子は、π電子共役性を十分に発現しながら、有機溶媒に対する溶解性が高く成膜性が良好で、且つ、安定性と耐久性に優れる。さらに、これらの物性及び特性に応じて様々な構造を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することができるため、電子材料としての適用するときにその適用範囲を大幅に広げることができる。   As described above, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer obtained by the production method of the present invention has high solubility in an organic solvent and good film-forming property, while sufficiently exhibiting π electron conjugation. Excellent in durability and durability. Furthermore, since the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having various structures can be produced according to these physical properties and properties, the application range can be greatly expanded when applied as an electronic material.

以下、本発明の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を詳細に説明する。図1及び図2に、本発明の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法を模式的に示す。   Hereinafter, the method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention will be described in detail. FIGS. 1 and 2 schematically show a method of producing the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention.

図1は、前記式(6)、(7)又は(8)で表される構造単位を有する本発明の含フッ素π共役系高分子の製造方法を模式的に示す図であり、前記式(1)で表される構造を有する含フッ素シクロアルケン化合物と、前記式(3)、(4)又は(5)で表される構造を有する化合物とを反応させることにより含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ(図中において式(13M)、(14M)、(15M)で示す化合物)を合成した後、これら含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを、遷移金属触媒を用いる公知のホモカップリング反応によって重合を行い製造される。また、図2は、前記式(9)、(10)又は(11)で表される構造単位を有する本発明の含フッ素π共役系高分子の製造方法を模式的に示す図であり、前記式(2)で表される構造を有する含フッ素アルケン化合物と、前記式(3)、(4)又は(5)で表される構造を有する化合物とを反応させることにより含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ(図中において式(23M)、(24M)、(25M)で示す化合物)を合成した後、これら含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを、遷移金属触媒を用いる公知のホモカップリング反応によって重合を行って製造される。なお、本発明の含フッ素π共役系環状高分子として後述の共重合体を製造する場合は、前記ホモカップリング反応に代えて、クロスカップリング反応によって共重合を行う。   FIG. 1 is a view schematically showing a method for producing the fluorine-containing π-conjugated polymer of the present invention having a structural unit represented by the above formula (6), (7) or (8), and A fluorine-containing π-conjugated cyclic high is obtained by reacting a fluorine-containing cycloalkene compound having a structure represented by 1) with a compound having a structure represented by the formula (3), (4) or (5). After synthesizing molecular precursor monomers (compounds represented by formulas (13M), (14M) and (15M) in the figure), these fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomers are known using transition metal catalysts. The polymerization is carried out by homocoupling reaction to produce. Moreover, FIG. 2 is a figure which shows typically the manufacturing method of the fluorine-containing pi conjugated polymer of this invention which has a structural unit represented by said Formula (9), (10) or (11), and said Fluorine-containing π-conjugated cyclic ring by reacting a fluorine-containing alkene compound having a structure represented by formula (2) with a compound having a structure represented by formula (3), (4) or (5) After synthesizing a polymer precursor monomer (compounds represented by formulas (23M), (24M) and (25M) in the figure), these fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomers are known using a transition metal catalyst The polymerization is carried out by the homocoupling reaction of In addition, when manufacturing the below-mentioned copolymer as a fluorine-containing pi conjugated cyclic polymer of this invention, it replaces with the said homo coupling reaction, and performs copolymerization by the cross coupling reaction.

<含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマの製造方法>
本発明で使用する含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマは、二重結合の一つ及びフッ素元素の一つ以上を1分子中に有する単環状又は鎖状の化合物(A)と、π共役系の環状化合物であって、核置換基としてオルト位に2個又は4個の水酸基及びパラ位に臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子を有する化合物(B)と、の反応によって合成される。それらの合成方法の模式図を、図1及び図2に合わせて示している。
<Method of producing fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer>
The fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer used in the present invention is a monocyclic or chain compound (A) having one of double bonds and one or more of fluorine elements in one molecule; It is synthesized by the reaction with a compound (B) which is a conjugated cyclic compound and which has, as a nuclear substituent, 2 or 4 hydroxyl groups in the ortho position and a bromine atom, chlorine atom or iodine atom in the para position. The schematic diagrams of their synthesis methods are shown together with FIGS. 1 and 2.

図1に示すように、本発明で使用する含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[図中において(13M)、(14M)、(15M)で示す化合物]は、前記化合物(A)として使用する下記式(1)で表される構造を有する化合物と、前記化合物(B)として使用する下記式(3)、(4)又は(5)で表される構造を有する化合物とを、例えば、ジメチルスルホンオキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等の非プロトン性極性有機溶媒に溶解し、炭酸カリウム等の炭酸アルカリ金属塩類、リン酸アルカリ金属塩類、水酸化アルカリ金属類、水酸化アルカリ土類金属類、金属アルコキシド等の塩基性触媒を用いて、アルゴン、窒素又はヘリウム等の不活性雰囲気中で2分子による脱ハロゲン化水素反応を行って合成することができる。なお、下記式(1)、(3)、(4)及び(5)で表される構造を有する化合物は、図1において同じ符号で示す化合物にそれぞれ対応する。   As shown in FIG. 1, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [compounds represented by (13M), (14M), (15M) in the figure] used in the present invention is the compound (A) For example, a compound having a structure represented by the following formula (1) to be used and a compound having a structure represented by the following formula (3), (4) or (5) used as the compound (B), for example, Dissolved in an aprotic polar organic solvent such as dimethyl sulfone oxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), diethyl ether, tetrahydrofuran etc., alkali metal salts such as potassium carbonate, alkali metal salts of phosphoric acid, alkali metal hydroxides With alkaline earth metal hydroxides, metal alkoxides, etc., in an inert atmosphere such as argon, nitrogen or helium It can be synthesized by performing the hydrogen halide reaction. The compounds having the structures represented by the following formulas (1), (3), (4) and (5) respectively correspond to the compounds indicated by the same reference numerals in FIG.

Figure 2018177842
式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子であり、R51、R61、は、それぞれ独立にフッ素原子、臭素原子又は塩素原子である。a、b、c、dは0又は1の整数であり、a+b+c+d=2〜4の何れかの整数である。
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
式中、X、Xは、独立に臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子であり、R、Rは、独立に水素原子、アルキル基又はアリール基である。Yは、下記(Y1)〜(Y9)のいずれかで表される原子又は原子団であり、
Figure 2018177842

Figure 2018177842

Figure 2018177842

式中、Rc、Rd、Re、Rfは、それぞれ独立に水素原子又は置換基である。
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom, and R 51 and R 61 each independently represent a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom. a, b, c, d are integers of 0 or 1, and a + b + c + d is an integer in any one of 2 to 4.
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
In the formula, X 1 and X 2 each independently represent a bromine atom, a chlorine atom or an iodine atom, and R a and R b each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. Y is an atom or atomic group represented by any of the following (Y1) to (Y9),
Figure 2018177842

Figure 2018177842

Figure 2018177842

In the formula, Rc, Rd, Re and Rf each independently represent a hydrogen atom or a substituent.

前記式(1)において、前記のR11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子である。本発明においては、炭化水素系の飽和環状構造中に、原子半径が大きいフッ素原子を少なくとも一つ導入することによって、耐熱性の付与、耐溶剤性等の化学的安定性の向上、フッ素系溶媒に対する溶解性の向上、及びフッ素原子に起因する新機能(n型半導体特性)の付与に対して一層の効果が得られるようになるため、前記のR11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つが、フッ素原子であることが好ましい。さらに、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42が何れもフッ素原子であれば、フッ素系溶剤への溶解性、耐熱性及び耐溶剤性が格段に向上し、n型半導体特性の付与に対して大きな効果が得られる。したがって、本発明の含フッ素環状有機化合物は、そのような化学構造を有することがより好ましい。 In the formula (1), R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom And at least one of R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom. In the present invention, heat resistance is imparted, chemical stability such as solvent resistance is improved, and fluorine-based solvent is introduced by introducing at least one fluorine atom having a large atomic radius into a hydrocarbon-based saturated cyclic structure. The above R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , and the like can be obtained because it is possible to obtain further effects on the improvement of the solubility in water and the addition of new functions (n-type semiconductor characteristics) caused by fluorine atoms. It is preferable that at least one of R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom. Furthermore, if R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 , and R 42 are each a fluorine atom, the solubility in a fluorine-based solvent, the heat resistance and the solvent resistance are particularly remarkable. Improved, and a great effect can be obtained for imparting n-type semiconductor characteristics. Therefore, the fluorine-containing cyclic organic compound of the present invention more preferably has such a chemical structure.

また、上記式(1)で示す化合物において、炭化水素系の飽和環状構造を構成する炭素数は、a+b+c+d=2〜4の何れかの整数であると規定するように、2〜4個である。a+b+c+d=2〜4であるときに、耐熱性、耐溶剤性及びフッ素系溶剤に対する溶解性を向上することができるだけでなく、原料の入手が容易になり、合成時の反応が制御しやすくなる。これらの効果を十分に奏するためには、a+b+c+d=3であることが好ましい。   In the compound represented by the above formula (1), the number of carbon atoms constituting the hydrocarbon-based saturated cyclic structure is 2 to 4 as defined as any integer of a + b + c + d = 2 to 4 . When a + b + c + d = 2 to 4, not only the heat resistance, the solvent resistance and the solubility in a fluorine-based solvent can be improved, but also the raw materials can be easily obtained and the reaction during synthesis can be easily controlled. In order to sufficiently exert these effects, it is preferable that a + b + c + d = 3.

前記式(1)に示す化合物は、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42、R51、R61の少なくとも一つがフッ素原子で置換された含フッ素シクロアルケン化合物であり、フッ素原子が少なくとも1つ含まれていれば、水素原子、臭素原子又は塩素原子を含む化合物を使用することができる。それらの中でも、フッ素原子又はフッ素原子と塩素原子を含む化合物が、原料の入手が容易であることから好適である。 The compound represented by the formula (1) contains at least one of R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 , R 42 , R 51 and R 61 substituted with a fluorine atom. It is a fluorine cycloalkene compound, and if it contains at least one fluorine atom, a compound containing a hydrogen atom, a bromine atom or a chlorine atom can be used. Among them, a compound containing a fluorine atom or a fluorine atom and a chlorine atom is preferable because the raw material can be easily obtained.

本発明で使用するシクロアルケン化合物としては、例えば、1,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロシクロペンテン、1,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロシクロブテン、1,2,3,3,4,4,5,5,6,6−デカフルオロシクロヘキセン、1,2,3,3,5,5−ヘキサクロロジフルオロシクロペンテン、1,2,3又は1,2,4−トリクロルペンタフルオロシクロペンテン、1,2,3,4−テトラクロロテトラフルオロシクロペンテン、1,2,3,3,4−ペンタクロロトリフルオロシクロペンテン等が挙げられる。さらに、材料の入手が市販品として入手できること、合成時に反応が制御し易いこと、及び材料コスト等の点から、オクタフルオロシクロペンテン、テトラクロロテトラフルオロペンテンを使用すること、すなわち、a+b+c+d=3であることが好ましい。   Examples of cycloalkene compounds used in the present invention include 1,2,3,3,4,4,5,5-octafluorocyclopentene, 1,2,3,3,4,4-hexafluorocyclobutene, 1,2,3,3,4,4,5,5,6,6-defluorocyclohexene, 1,2,3,3,5,5-hexachlorodifluorocyclopentene, 1,2,3 or 1,2,3,1 4-Trichloropentafluorocyclopentene, 1,2,3,4-tetrachlorotetrafluorocyclopentene, 1,2,3,3,4-pentachlorotrifluorocyclopentene and the like. Furthermore, using octafluorocyclopentene or tetrachlorotetrafluoropentene from the viewpoint of availability of the material as a commercial product, easy control of the reaction at the time of synthesis, material cost etc., ie, a + b + c + d = 3 Is preferred.

前記式(3)〜(5)で表される構造を有する化合物において、前記X、Xは、独立に臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子である。それらの中で、副反応を抑え、反応効率を高めることができることから臭素原子が好ましい。 In the compound which has a structure represented by said Formula (3)-(5), said X < 1 >, X < 2 > is a bromine atom, a chlorine atom, or an iodine atom independently. Among them, preferred is a bromine atom because it can suppress side reactions and enhance the reaction efficiency.

上記式(3)に示す化合物としては、例えば、テトラヒドロキシ−p−ブロモベンゼン、テトラヒドロキシ−p−クロロベンゼン、テトラヒドロキシ−1−ブロモ−4−ヨードベンゼン、テトラヒドロキシ−1ブロモ−4クロロベンゼン等が挙げられるが、高い反応効率と原料入手のしやすさの点からテトラヒドロキシ−p−ブロモベンゼンを使用することが好ましい。   Examples of the compound represented by the above formula (3) include tetrahydroxy-p-bromobenzene, tetrahydroxy-p-chlorobenzene, tetrahydroxy-1-bromo-4-iodobenzene, tetrahydroxy-1-bromo-4chlorobenzene and the like. Among them, it is preferable to use tetrahydroxy-p-bromobenzene from the viewpoint of high reaction efficiency and availability of raw materials.

前記式(4)において、R、Rは、独立に水素原子、アルキル基又はアリール基である。それらの中で、反応効率を高くできるという点からは水素原子が好ましい。上記式(4)で表される構造単位を含む化合物としては、例えば、2,3−ジヒドロキシ−1,4−ジブロモベンゼン、2,3−ジヒドロキシ−1,4−ジクロロベンゼン、2,3−ジヒドロキシ−1,4−ジヨードベンゼン、及び、これらの化合物において5位又は6位の少なくともどちらかがメチル基、エチル基等のアルキル基又はフェニル基等のアリール基で核置換したものが挙げられる。これらの中で、高い反応効率と原料の入手のしやすさの点から2,3ジヒドロキシ−1,4ジブロモベンゼンを使用することが好ましい。 In the above formula (4), R a and R b are independently a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. Among them, a hydrogen atom is preferred in that the reaction efficiency can be increased. Examples of the compound containing the structural unit represented by the above formula (4) include 2,3-dihydroxy-1,4-dibromobenzene, 2,3-dihydroxy-1,4-dichlorobenzene, and 2,3-dihydroxy Examples thereof include -1,4-diiodobenzene, and compounds in which at least one of the 5- or 6-positions is nucleus-substituted with an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group or an aryl group such as a phenyl group. Among these, it is preferable to use 2,3-dihydroxy-1,4-dibromobenzene in view of high reaction efficiency and availability of raw materials.

前記式(5)において、Yは、前記式(Y1)〜(Y9)のいずれかで表される原子又は原子団である。それらの原子又は原子団の中で、前記式(Y1)、(Y2)又は(Y3)で表されるチオフェン環、フラン環又はピロール環を有するものが、反応効率及び原料入手のしやすさの点から好ましい。これらの環は、前記式(1)に示す化合物と反応させることにより、従来にない新たな電気的性質の発現も期待できる。前記式(5)に示す化合物としては、例えば、3,4−ヒドロキシ−チオフェン、3,4−ヒドロキシ−フラン、3,4−ヒドロキシピロール等が挙げられる。   In said Formula (5), Y is an atom or atomic group represented by either of said Formula (Y1)-(Y9). Among those atoms or atomic groups, those having a thiophene ring, a furan ring or a pyrrole ring represented by the above formula (Y1), (Y2) or (Y3) have reaction efficiency and ease of availability of raw materials It is preferable from the point of view. These rings can also be expected to exhibit new electric properties that have not been achieved by reacting with the compound represented by the formula (1). Examples of the compound represented by the formula (5) include 3,4-hydroxy-thiophene, 3,4-hydroxy-furan, 3,4-hydroxypyrrole and the like.

前記含フッ素π共役系高分子前駆体モノマの合成において、前記式(1)及び前記式(3)、(4)又は(5)で表される構造を有する各化合物は、原料として入手しやすい市販の高純度材料を使用することができるが、場合によっては、市販品に代えて、別の原料から新たに合成して得られる合成品を原料として使用してもよい。例えば、前記式(3)で示す化合物の一種であるテトラヒドロキシ−p−ブロモベンゼンは、下記反応式(16)に示す方法で合成することができる。

Figure 2018177842
In the synthesis of the fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer, each compound having a structure represented by the formula (1) and the formula (3), (4) or (5) is easily obtainable as a raw material Commercially available high purity materials can be used, but in some cases, synthetic products obtained by newly synthesizing from another raw material may be used as the raw material instead of the commercially available product. For example, tetrahydroxy-p-bromobenzene which is one of the compounds represented by the formula (3) can be synthesized by the method represented by the following reaction formula (16).
Figure 2018177842

本発明の含フッ素π共役系高分子前駆体モノマの合成を行うときに使用する溶媒としては、上記で述べたようにDMSO等の極性非プロトン性有機溶媒をするのが好ましいが、それ以外にもトルエン、キシレン、テトラメチルベンゼン等の非極性非プロトン性有機溶媒;メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メチルカルビトール、ブチルカルビトール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート等のエステル類;オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素類;石油エーテル、石油ナフサ、水添石油ナフサ、ソルベントナフサ等の石油系溶剤などを使用してもよい。   As the solvent used when synthesizing the fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer of the present invention, it is preferable to use a polar aprotic organic solvent such as DMSO as described above, but in addition to that, Nonpolar aprotic organic solvents such as toluene, xylene and tetramethylbenzene; methyl cellosolve, butyl cellosolve, methyl carbitol, butyl carbitol, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol diethyl ether, tripropylene Glycol ethers such as ethylene glycol monoethyl ether; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, butyl cellosolve acetate, carbitol acetate; aliphatic hydrocarbons such as octane and decane; petroleum ether, petroleum naphtha, hydrogenated stone Naphtha, and the like may be used petroleum solvents such as solvent naphtha.

また、合成にときに使用する触媒は、前記で述べたように、炭酸アルカリ金属塩類、リン酸アルカリ金属塩類、水酸化アルカリ金属類、水酸化アルカリ土類金属類、金属アルコキシド等の塩基性触媒が用いられる。炭酸アルカリ金属塩類の例としては、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム、炭酸カリウムなどが挙げられる。リン酸アルカリ金属塩類の例としては、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸セシウム、リン酸リチウムなどが挙げられる。水酸化アルカリ金属類の例としては、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化セシウムなどが挙げられる。水酸化アルカリ土類金属の例としては、水酸化バリウムなどが挙げられる。金属アルコキシドの例としては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウム−tert−ブトキシド、カリウム−tert−ブトキシドなどが挙げられる。それらの中で、本発明は反応効率の点から、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、リン酸カリウムを使用するのが好ましく、さらに炭酸カリウムがより好ましい。   Further, as described above, the catalyst used in the synthesis is a basic catalyst such as an alkali metal carbonate, an alkali metal phosphate, an alkali metal hydroxide, an alkali earth metal hydroxide, a metal alkoxide, etc. Is used. Examples of alkali metal carbonates include sodium carbonate, lithium carbonate, cesium carbonate, potassium carbonate and the like. Examples of alkali metal phosphates include sodium phosphate, potassium phosphate, cesium phosphate, lithium phosphate and the like. Examples of alkali metal hydroxides include sodium hydroxide, lithium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide and the like. Examples of alkaline earth metal hydroxides include barium hydroxide and the like. Examples of metal alkoxides include sodium methoxide, sodium ethoxide, sodium tert-butoxide, potassium tert-butoxide and the like. Among them, potassium carbonate, sodium hydroxide, potassium hydroxide and potassium phosphate are preferably used in the present invention in terms of reaction efficiency, and potassium carbonate is more preferable.

本発明の含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマは、前記化合物(A)として前記(1)で表される構造を有する化合物の代わりに、図2に示すように、下記式(2)で表される化合物を用いて合成することができる。   As shown in FIG. 2, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer of the present invention has the following formula (2), instead of the compound having the structure represented by (1) as the compound (A): It can synthesize | combine using the compound represented by these.

Figure 2018177842
式中、R、R、R、Rは、R及び該Rとシス位の置換基であるRがフッ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、R、Rがフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基である。
Figure 2018177842
In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each represent R 1 and R 3 which is a substituent in the cis position with R 1 are a fluorine atom, bromine atom or chlorine atom, and R 2 and R 4 are A fluorine atom or an alkyl group containing one or more fluorine atoms.

図2に示すように、本発明で使用する含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[図中において(23M)、(24M)、(25M)で示す化合物]は、前記式(2)で表される構造を有する化合物と、前記式(3)、(4)又は(5)で表される構造を有する化合物とを反応させて合成する。図2に示す合成方法は、基本的に図1に示すものと同じであり、反応条件に応じて、前記で述べた有機溶媒及び触媒の中から適宜選択して合成を行うことができる。   As shown in FIG. 2, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [compounds represented by (23 M), (24 M), (25 M) in the figure] used in the present invention is represented by the above formula (2) It synthesizes by making the compound which has a structure represented, and the compound which has a structure represented by said Formula (3), (4), or (5) react. The synthesis method shown in FIG. 2 is basically the same as that shown in FIG. 1, and depending on the reaction conditions, the synthesis can be performed by appropriately selecting from the organic solvents and the catalyst described above.

図2に示す含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[(23M)、(24M)、(25M)]が炭化水素系の飽和環状構造を有するためには、前記式(2)に示すR、R、R、Rにおいて、R及び該Rとシス位の置換基であるRがフッ素原子、臭素原子又は塩素原子であることが必要である。さらに、前記炭化水素系の飽和環状構造中に、原子半径が大きいフッ素原子を少なくとも一つ導入することによって、耐熱性の付与、耐溶剤性等の化学的安定性の向上、フッ素系溶媒に対する溶解性の向上、及びフッ素原子に起因する新機能(n型半導体特性等)の付与に対して一層の効果が得られるようになる。そのため、前記式(2)において、置換基R、Rがフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基である含フッ素アルケン化合物を使用する。さらに、R、Rに含まれる水素原子が何れもフッ素原子であれば、フッ素系溶剤への溶解性、耐熱性及び耐溶剤性が格段に向上し、n型半導体特性の付与に対して大きな効果を得ることができる。したがって、上記(2)に示す構造で表される化合物は、置換基R、Rがフッ素原子又はパーフルオロアルキル基である化学構造を有することがより好ましい。 In order for the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [(23 M), (24 M), (25 M)] shown in FIG. 2 to have a hydrocarbon-based saturated cyclic structure, R shown in the above formula (2) In R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , R 1 and R 3 which is a substituent in the cis position with R 1 must be a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom. Furthermore, by introducing at least one fluorine atom having a large atomic radius into the hydrocarbon-based saturated cyclic structure, it is possible to impart heat resistance, improve chemical stability such as solvent resistance, and dissolve in a fluorine-based solvent. A further effect can be obtained with respect to the improvement of the property and the addition of new functions (such as n-type semiconductor characteristics) caused by the fluorine atom. Therefore, a fluorine-containing alkene compound in which the substituents R 2 and R 4 in the formula (2) are a fluorine atom or an alkyl group containing one or more fluorine atoms is used. Furthermore, if each of the hydrogen atoms contained in R 2 and R 4 is a fluorine atom, the solubility in a fluorine-based solvent, the heat resistance and the solvent resistance are remarkably improved, and the provision of the n-type semiconductor characteristics A great effect can be obtained. Therefore, the compound represented by the structure shown in the above (2) more preferably has a chemical structure in which the substituents R 2 and R 4 are a fluorine atom or a perfluoroalkyl group.

本発明で使用する含フッ素アルケン化合物としては、例えば、テトラフルオロエテン、1,2−ジフルオロ−1,2−ジクロロエテン、クロロトリフルオロエテン、トリフルオロエテン、トリクロロフルオロエテン、ヘキサフルオロプロペン、オクタフルオロ−1−ブテン、オクタフルオロ−2−ブテン、1,2−ジクロロヘキサフルオロ−2−ブテン等が挙げられる。さらに、材料の入手が市販品として入手できること、合成時に反応が制御し易いこと、材料コスト、及び電気特性等の点から、テトラフルオロエテン、1,2−ジフルオロ−1,2−ジクロロエテン、クロロトリフルオロエテン、ヘキサフルオロプロペン、オクタフルオロ−1−ブテン、オクタフルオロ−2−ブテン等のフッ素原子を多く含むアルケン化合物を使用することが好ましい。   As the fluorine-containing alkene compound used in the present invention, for example, tetrafluoroethene, 1,2-difluoro-1,2-dichloroethene, chlorotrifluoroethene, trifluoroethene, trichlorofluoroethene, hexafluoropropene, octafluoro Examples include -1-butene, octafluoro-2-butene, 1,2-dichlorohexafluoro-2-butene and the like. Furthermore, tetrafluoroethene, 1,2-difluoro-1,2-dichloroethene, chloro from the viewpoint of availability of the material as a commercial product, easy control of the reaction at the time of synthesis, material cost, and electrical characteristics etc. It is preferable to use an alkene compound containing a large amount of fluorine atoms, such as trifluoroethene, hexafluoropropene, octafluoro-1-butene and octafluoro-2-butene.

<含フッ素π共役系環状高分子(単独重合体)の製造方法>
次に、図1及び図2に示す含フッ素π共役系環状高分子の製造方法について説明する。図1において式(13M)、(14M)及び(15M)で表される化学構造を有する各化合物は、遷移金属化合物を触媒として用いるホモカップリング反応により重合させて、それぞれ式(6)、(7)及び(8)で表される単一の構造単位を有する単独重合体(ホモポリマ)の高分子を製造する。同様に、図2において式(23M)、(24M)及び(25M)で表される化学構造を有する化合物も、遷移金属化合物を触媒として用いるホモカップリング反応により重合させて、それぞれ式(9)、(10)及び(11)で表される単一の構造単位を有する単独重合体による高分子(ホモポリマ)を製造する。
<Method for producing fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer (homopolymer)>
Next, the method for producing the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer shown in FIGS. 1 and 2 will be described. Each compound having a chemical structure represented by the formulas (13M), (14M) and (15M) in FIG. 1 is polymerized by a homocoupling reaction using a transition metal compound as a catalyst, to obtain formulas (6) and (6) 7) A homopolymer of homopolymer having a single structural unit represented by (8) and (8) is produced. Similarly, compounds having chemical structures represented by the formulas (23M), (24M) and (25M) in FIG. 2 are also polymerized by homocoupling reaction using a transition metal compound as a catalyst to obtain formulas (9) respectively. , (10) and (11) to produce a homopolymer (homopolymer) of a homopolymer having a single structural unit.

前記ホモカップリング反応は、公知のウルマン反応やグレーサー反応等が知られている。それらホモカップリング反応に使用する触媒としてはニッケルや銅等の遷移金属又はそれらの遷移金属錯体等が使用され、例えば、ビストリフェニルホスフィンニッケルジクロリド、1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンニッケルジクロリド、銅金属等が挙げられる。また、前記非特許文献1に記載された公知のπ共役系高分子の構造制御合成方法を採用してもよい。   As the homocoupling reaction, known Ullmann reaction, Grasser reaction and the like are known. A transition metal such as nickel or copper or a transition metal complex thereof is used as a catalyst used for the homocoupling reaction, for example, bistriphenylphosphine nickel dichloride, 1,3-bis (diphenylphosphino) propane nickel dichloride And copper metals. In addition, a method for controlling and synthesizing a known π-conjugated polymer described in Non-Patent Document 1 may be employed.

前記式(1)で表される化合物と、前記式(3)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[図1に示す(13M)]を用いて製造され、下記式(6)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子の例を次に挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

Figure 2018177842
Using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [(13 M) shown in FIG. 1] synthesized from the compound represented by the formula (1) and the compound represented by the formula (3) Examples of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced and having a structural unit represented by the following formula (6) are listed below, but the present invention is not limited thereto.
Figure 2018177842

Figure 2018177842
Figure 2018177842

前記式(1)で表される化合物と、前記式(4)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[図1に示す(14M)]を用いて製造され、下記式(7)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子の例を次に挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

Figure 2018177842
Using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [(14 M) shown in FIG. 1] synthesized from the compound represented by the formula (1) and the compound represented by the formula (4) Examples of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced and having a structural unit represented by the following formula (7) are listed below, but the present invention is not limited thereto.
Figure 2018177842

Figure 2018177842

Figure 2018177842
Figure 2018177842

Figure 2018177842

前記式(1)で表される化合物と、前記式(5)で表される化合物及とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[図1に示す(15M)]を用いて製造され、下記式(8)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子の例を次に挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

Figure 2018177842
A fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [(15 M) shown in FIG. 1] synthesized from the compound represented by the formula (1) and the compound represented by the formula (5) Examples of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (8) are listed below, but the present invention is not limited thereto.
Figure 2018177842

Figure 2018177842

Figure 2018177842

Figure 2018177842
Figure 2018177842

Figure 2018177842

Figure 2018177842

前記式(2)で表される化合物と、前記式(3)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[図2に示す(23M)]を用いて製造され、下記式(9)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子の例を次に挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

Figure 2018177842
Using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [(23 M) shown in FIG. 2] synthesized from the compound represented by the formula (2) and the compound represented by the formula (3) Examples of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced and having a structural unit represented by the following formula (9) are listed below, but the present invention is not limited thereto.
Figure 2018177842

Figure 2018177842
Figure 2018177842

前記式(2)で表される化合物と、前記式(4)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[図2に示す(24M)]を用いて製造され、下記式(10)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子の例を次に示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。

Figure 2018177842
Using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [(24 M) shown in FIG. 2] synthesized from the compound represented by the formula (2) and the compound represented by the formula (4) Examples of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced and having a structural unit represented by the following formula (10) are shown below, but the present invention is not limited thereto.
Figure 2018177842

Figure 2018177842

Figure 2018177842
Figure 2018177842

Figure 2018177842

前記式(2)で表される化合物と、前記式(5)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ[図2に示す(25M)]を用いて製造され、下記式(11)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子の例を次に挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

Figure 2018177842
Using a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer [(25 M) shown in FIG. 2] synthesized from the compound represented by the formula (2) and the compound represented by the formula (5) Examples of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced and having a structural unit represented by the following formula (11) are listed below, but the present invention is not limited thereto.
Figure 2018177842

Figure 2018177842

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Figure 2018177842
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<含フッ素π共役系環状高分子(共重合体)の製造方法>
本発明の含フッ素π共役系環状高分子においては、前記単独重合体の他にも、共重合体として製造することができる。その場合は、図1に示す式(13M)、(14M)及び(15M)で表される化学構造を有する各化合物、又は図2に示す式(23M)、(24M)及び(25M)で表される化学構造を有する各化合物を、別のπ共役系高分子前駆体モノマとクロスカップリング反応を行うことにより共重合させる。それにより、前記式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)及び(11)で表される構造単位のいずれかに加えて、さらに、下記式(12)、(13)、(14)及び(15)で表される構造単位の少なくともいずれかを有する共重合体を製造することができる。
<Method for producing fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer (copolymer)>
The fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention can be produced as a copolymer in addition to the homopolymer. In that case, each compound having a chemical structure represented by the formulas (13M), (14M) and (15M) shown in FIG. 1 or a formula (23M), (24M) and (25M) shown in FIG. Each compound having the chemical structure to be copolymerized is copolymerized by performing a cross coupling reaction with another π-conjugated polymer precursor monomer. Thereby, in addition to any of the structural units represented by the above formulas (6), (7), (8), (9), (10) and (11), 13) A copolymer having at least one of the structural units represented by (14) and (15) can be produced.

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式中、R、R、R、R10は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基又はアルコキシ基を示し、e、g、hは1〜4のいずれかの整数で、fは1〜2のいずれかの整数である。Zは、下記(Z1)〜(Z9)のいずれかで表される原子又は原子団である。
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式中、Rg、Rh、Ri、Rjは、それぞれ独立に水素原子又は置換基である。
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In the formula, R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an alkoxy group, and e, g, h are integers of 1 to 4 and f is 1 to Any integer of 2. Z is an atom or atomic group represented by any of the following (Z1) to (Z9).
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In the formula, Rg, Rh, Ri and Rj are each independently a hydrogen atom or a substituent.

前記式(13)において、Zは、前記式(Z1)〜(Z9)のいずれかで表される原子又は原子団である。それらの原子又は原子団の中で、上記式(Z1)、(Z2)又は(Z3)で表されるチオフェン環、フラン環又はピロール環を有する構造が反応効率及び原料入手のしやすさの点から好ましい。これらの環は、含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマと共重合させることにより、従来にない新たな電気的性質の発現も期待できる。前記式(13)に示す構造単位としては、例えば、3位又は3,4位がアルキル基で置換されたチオフェン、3位又は3,4位がアルコキシ基で置換されたチオフェン環、3位又は3,4位がアルキル基で置換されたフラン環、3位又は3,4位がアルコキシ基で置換されたフラン環、3位又は3,4位がアルキル基で置換されたピロール環、3位又は3,4位がアルコキシ基で置換されたピロール環等が挙げられる。   In said Formula (13), Z is an atom or atomic group represented by either of said Formula (Z1)-(Z9). Among these atoms or atomic groups, a structure having a thiophene ring, a furan ring or a pyrrole ring represented by the above formula (Z1), (Z2) or (Z3) is a point of reaction efficiency and ease of availability of raw materials It is preferable from These rings can also be expected to exhibit new electric properties that have not been achieved by copolymerizing them with fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomers. The structural unit represented by the above formula (13) is, for example, thiophene in which the 3-position or 3- or 4-position is substituted with an alkyl group, thiophene ring in which the 3-position or 3- or 4-position is substituted with an alkoxy group, 3-position or A furan ring in which the 3,4-position is substituted with an alkyl group, a furan ring in which the 3-position or the 3,4-position is substituted with an alkoxy group, a pyrrole ring in which the 3-position or the 3,4-position is substituted with an alkyl group, the 3-position Or a pyrrole ring in which the 3,4-position is substituted with an alkoxy group.

上記の含フッ素π共役系環状高分子として共重合体を製造するときに利用するクロスカップリング反応としては、パラジウム等の遷移金属錯体を触媒として用い、例えば、ハロゲン化物とアリールボロン酸誘導体又はボロン酸エステルとの反応として知られているSuzuki反応や、それ以外にもHeck反応、Sonogashira反応、又はNegishi反応等を利用することができる。また、前記非特許文献1に記載された公知のπ共役系高分子の構造制御合成方法を採用してもよい。   As a cross coupling reaction utilized when manufacturing a copolymer as said fluorine-containing pi conjugated cyclic polymer, transition metal complexes, such as palladium, are used as a catalyst, For example, a halide and an aryl boronic acid derivative or boron The Suzuki reaction known as the reaction with an acid ester, or the Heck reaction, the Sonogashira reaction, the Negishi reaction, etc. can be used besides this. In addition, a method for controlling and synthesizing a known π-conjugated polymer described in Non-Patent Document 1 may be employed.

本発明の含フッ素π共役系環状高分子において、前記クロスカップリング反応を利用して共重合体を製造する場合は、前記式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)及び(11)で表される構造単位のいずれかと、前記式(12)、(13)、(14)及び(15)で表される構造単位のいずれかとが交互に化学結合した交互共重合体とすることが好ましい。交互共重合体は、反応効率の向上により合成目的物の収率を高くできるだけでなく、含フッ素π共役系環状高分子において高い立体規則性を得られることから分子内及び分子間で高いπ共役系を形成することができる。   In the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention, in the case of producing a copolymer by using the cross coupling reaction, the above formulas (6), (7), (8), (9), ( 10) An alternate embodiment in which any of the structural units represented by (11) and (11) and any of the structural units represented by the above formulas (12), (13), (14) and (15) are alternately chemically bonded It is preferable to use a polymer. The alternating copolymer not only can increase the yield of the synthetic object due to the improvement of reaction efficiency, but also can obtain high stereoregularity in the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer, and the intermolecular and intermolecular high π conjugation It is possible to form a system.

前記式(6)、(7)、(8)、(9)、(10)及び(11)で表される構造単位のいずれかと、前記式(12)、(13)、(14)及び(15)で表される構造単位のいずれかとを交互に化学結合した交互共重合体の製造方法の例及び該製造方法によって得られる共重合体の例を図3〜図13にそれぞれ示す。図3〜図13には、含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ及び共重合体を、それぞれ「含フッ素ポリフェニレン前駆体(モノマ)」及び「含フッ素ポリフェニレン」(図3、図6〜図7及び図9〜図11)、又は「含フッ素コポリマ前駆体(モノマ)」及び「含フッ素コポリマ」(図4〜図5、図8及び図12〜図13)として表現しているが、本発明はそれらの例に限定されるものではない。   Any of the structural units represented by the formulas (6), (7), (8), (9), (10) and (11), and the formulas (12), (13), (14) and ( An example of the manufacturing method of the alternating copolymer which chemically bonded alternately with any of the structural units represented by 15), and the example of the copolymer obtained by this manufacturing method are each shown in FIGS. 3 to 13 show fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomers and copolymers as “fluorine-containing polyphenylene precursors (monomers)” and “fluorine-containing polyphenylenes” (FIG. 3, FIGS. 6 to 6). 7 and FIGS. 9 to 11), or “fluorinated copolymer precursor (monomer)” and “fluorinated copolymer” (FIGS. 4 to 5, 8 and 12 to 13) The invention is not limited to these examples.

図3には、前記式(6)及び前記式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す。図3において、前記式(6)で表される構造単位は、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42がフッ素原子であり、a+b+c+d=3である。また、前記式(12)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 In FIG. 3, the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by said Formula (6) and said Formula (12), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method are shown. In FIG. 3, in the structural units represented by the above formula (6), when R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 are fluorine atoms, a + b + c + d = 3 is there. In the structural unit represented by the above formula (12), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図4には、前記式(6)及び前記式(13)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す。図4において、前記式(6)で表される構造単位は、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42がフッ素原子であり、a+b+c+d=3である。また、前記式(13)で表される構造単位は、ZがZ1のチオフェン環であり、該チオフェン環の3位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)で核置換されている。 In FIG. 4, the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by said Formula (6) and said Formula (13), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method are shown. In FIG. 4, in the structural units represented by the above formula (6), R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 are fluorine atoms, and a + b + c + d = 3 is there. In the structural unit represented by the above formula (13), Z is a thiophene ring of Z1, and the 3-position of the thiophene ring is an alkyl group of -C n H 2n + 1 (n = 6, 8, 10 or 12) Is replaced by

図5には、前記式(6)及び前記式(14)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す。図5において、前記式(6)で表される構造単位は、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42がフッ素原子であり、a+b+c+d=3である。また、前記式(14)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 In FIG. 5, the example of the manufacturing method of the alternating copolymer which has a structural unit represented by said Formula (6) and said Formula (14), and the example of the alternating copolymer manufactured by this manufacturing method are shown. In FIG. 5, in the structural units represented by the formula (6), R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 are fluorine atoms, and a + b + c + d = 3 is there. In the structural unit represented by the above formula (14), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図6には、前記式(6)及び前記式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の別の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の別の例を示す。図6において、前記式(6)で表される構造単位は、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42がフッ素原子であり、a+b+c+d=2である。また、前記式(12)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 FIG. 6 shows another example of the method for producing the alternating copolymer having the structural units represented by the above-mentioned formula (6) and the above-mentioned formula (12) and another example of the alternating copolymer produced by this production method. An example is shown. In FIG. 6, in the structural unit represented by the above formula (6), R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 are fluorine atoms, and a + b + c + d = 2 is there. In the structural unit represented by the above formula (12), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図7には、前記式(6)及び前記式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の別の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の別の例を示す。図7において、前記式(6)で表される構造単位は、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42がフッ素原子であり、a+b+c+d=4である。また、前記式(12)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 FIG. 7 shows another example of the method for producing the alternating copolymer having the structural units represented by the above formula (6) and the above formula (12), and another example of the alternating copolymer produced by the method. An example is shown. In FIG. 7, in the structural units represented by the above formula (6), R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 are fluorine atoms, and a + b + c + d = 4 is there. In the structural unit represented by the above formula (12), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図8には、前記式(6)及び前記式(14)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の別の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の別の例を示す。図8において、前記式(6)で表される構造単位は、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の中で2つがフッ素原子で、残りが塩素原子であり、a+b+c+d=3である。また、前記式(14)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 FIG. 8 shows another example of the method for producing the alternating copolymer having the structural units represented by the above formula (6) and the above formula (14), and another example of the alternating copolymer produced by the method. An example is shown. In FIG. 8, two of the structural units represented by the formula (6) are R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 , and the remaining is a fluorine atom, Is a chlorine atom, and a + b + c + d = 3. In the structural unit represented by the above formula (14), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図9には、前記式(7)及び前記式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す。図9において、前記式(7)で表される構造単位は、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42がフッ素原子であり、a+b+c+d=3である。また、前記式(12)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 FIG. 9 shows an example of a method of producing an alternating copolymer having the structural units represented by the formula (7) and the formula (12), and an example of an alternating copolymer produced by the method. In FIG. 9, in the structural units represented by the above formula (7), R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 are fluorine atoms, and a + b + c + d = 3 is there. In the structural unit represented by the above formula (12), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図10には、前記式(9)及び前記式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す。図10において、前記式(9)で表される構造単位は、Rがパーフルオロメチル基で、Rがフッ素原子である。また、記式(12)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 FIG. 10 shows an example of a method of producing an alternating copolymer having the structural units represented by the above formula (9) and the above formula (12), and an example of an alternating copolymer produced by the method. In FIG. 10, in the structural unit represented by the formula (9), R 2 is a perfluoromethyl group, and R 4 is a fluorine atom. In addition, the structural unit represented by the formula (12) has an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) in which the 2,5 position is -C n H 2n + 1 , or an -OC n H in the 2,5 position. It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図11には、前記式(10)及び前記式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す。図11において、前記式(10)で表される構造単位は、Rがパーフルオロメチル基で、Rがフッ素原子である。また、前記式(12)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 FIG. 11 shows an example of a method of producing an alternating copolymer having a structural unit represented by the above formula (10) and the above formula (12) and an example of an alternating copolymer produced by the method. In FIG. 11, in the structural unit represented by the formula (10), R 2 is a perfluoromethyl group, and R 4 is a fluorine atom. In the structural unit represented by the above formula (12), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図12には、前記式(8)及び前記式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す。図12において、前記式(8)で表される構造単位は、YがY1のチオフェン環であり、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42がフッ素原子であり、a+b+c+d=3である。また、前記式(12)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 FIG. 12 shows an example of a method of producing an alternating copolymer having the structural units represented by the formula (8) and the formula (12), and an example of an alternating copolymer produced by the method. In FIG. 12, the structural unit represented by the above formula (8) is a thiophene ring in which Y is Y1, and R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 , R 42 are It is a fluorine atom, and a + b + c + d = 3. In the structural unit represented by the above formula (12), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

図13には、前記式(11)及び前記式(12)で表される構造単位を有する交互共重合体の製造方法の例と該製造方法によって製造される交互共重合体の例を示す。図13において、前記式(11)で表される構造単位は、YがY1のチオフェン環でありRがパーフルオロメチル基で、Rがフッ素原子である。また、前記式(12)で表される構造単位は、2,5位が−C2n+1のアルキル基(n=6、8、10又は12)、もしくは2,5位が−OC2n+1のアルコキシ基(n=6、8、10又は12)で核置換されたベンゼン環を有する。 FIG. 13 shows an example of a method of producing an alternating copolymer having the structural units represented by the formula (11) and the formula (12), and an example of an alternating copolymer produced by the production method. In FIG. 13, in the structural unit represented by the formula (11), Y is a thiophene ring, R 2 is a perfluoromethyl group, and R 4 is a fluorine atom. In the structural unit represented by the above formula (12), the 2,5 position is an alkyl group (n = 6, 8, 10 or 12) of -C n H 2n + 1 , or the 2,5 position is -OC n H It has a benzene ring nuclear-substituted by 2n + 1 alkoxy groups (n = 6, 8, 10 or 12).

以上のようにして製造される共重合体は、本発明の含フッ素π共役系環状高分子として単独重合体と同様に、π共役系を分子主鎖中で連続的に形成することができる。さらに、通常の有機溶剤に対する溶解性が高く成膜性が良好で、且つ、飽和環状構造を有することから安定性と耐久性にも優れる。したがって、本発明の含フッ素π共役系環状高分子を電子材料として適用する際に、実際の適用時に要求される物性と特性に応じて、様々な構造を有する高分子を製造することができるため、適用範囲の大幅な拡大が期待される。   The copolymer produced as described above can form a π-conjugated system continuously in the main chain of the molecule as the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention, similarly to the homopolymer. Furthermore, the solubility in a common organic solvent is high, the film forming property is good, and since it has a saturated cyclic structure, it is also excellent in stability and durability. Therefore, when the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention is applied as an electronic material, polymers having various structures can be produced according to the physical properties and characteristics required at the time of actual application. , A significant expansion of the scope of application is expected.

(有機発光素子)
次に、本発明の含フッ素π共役系環状高分子の用途例の一つとして有機発光素子について説明する。作製する有機発光素子は、陽極と陰極との間に一層若しくは多層の有機薄膜を積層した素子である。有機発光素子が一層の場合、陽極と陰極との間に発光層が設けられる。前記発光層は発光材料を含有し、さらに発光材料、陽極から注入した正孔若しくは陰極から注入した電子を発光材料まで輸送する目的で、正孔輸送材料又は電子輸送材料を含有する。ここで使用する発光素子は、発光性能に加えて、正孔輸送能及び電子輸送能の少なくとも何れかの性能を単一の材料で有する場合や、それぞれの特性を有する化合物の混合で使用する場合に有用である。本発明の含フッ素π共役系環状高分子は、発光材料として使用される。
(Organic light emitting element)
Next, an organic light emitting device will be described as one application example of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention. The organic light emitting element to be produced is an element in which a single layer or a multilayer organic thin film is laminated between an anode and a cathode. When the organic light emitting element is a single layer, a light emitting layer is provided between the anode and the cathode. The light emitting layer contains a light emitting material, and further contains a hole transporting material or an electron transporting material for the purpose of transporting holes injected from the anode or holes injected from the cathode to the light emitting material. The light-emitting element used herein has a single material having hole transporting ability and / or electron transporting ability in addition to light emitting ability, or a mixture of compounds having the respective characteristics. Useful for The fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention is used as a light emitting material.

多層型の有機発光素子は、例えば、基板の上に下記の多層構成で積層した構造が挙げられる。
(1−1)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
(1−2)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(1−3)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(1−4)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(1−5)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(1−6)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
Examples of the multilayer organic light emitting device include a structure in which the following multilayer structure is laminated on a substrate.
(1-1) Anode / hole transport layer / light emitting layer / cathode (1-2) anode / light emitting layer / electron transport layer / cathode (1-3) anode / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / Cathode (1-4) anode / hole injection layer / hole transport layer / emission layer / electron transport layer / cathode (1-5) anode / hole transport layer / emission layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode (1-6) Anode / hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer / cathode

また、上記の構成に限らず、必要に応じて、正孔輸送層成分と発光層成分、又は電子輸送層成分と発光層成分を混合した層を設けても良い。さらに、電子輸送層と発光層との間には、正孔あるいは励起子(エキシントン)が陰極側に抜けることを阻害する層(ホールブロッキング層)又は励起状態の発光層へ、あるいは励起状態の発光層から隣接する層へエネルギー遷移と電子移動の両者を防止、又は抑制するための層(アンチクエンチング層)を挿入することもある。   In addition to the above configuration, if necessary, a layer in which a hole transport layer component and a light emitting layer component, or an electron transport layer component and a light emitting layer component are mixed may be provided. Furthermore, between the electron transport layer and the light emitting layer, a layer (hole blocking layer) that inhibits holes or excitons (exxtons) from coming off to the cathode side, or a light emitting layer in an excited state, or light emission in an excited state A layer (anti-quenching layer) may be inserted to prevent or suppress both energy transfer and electron transfer from one layer to an adjacent layer.

これら多層型の有機発光素子の構成において、発光層に含まれる発光材料として、本発明の含フッ素π共役系環状高分子を使用する。   In the configuration of these multilayer organic light emitting devices, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention is used as the light emitting material contained in the light emitting layer.

本発明の有機発光素子は、上記の構成の他に、外部環境からの影響をできるだけ受けないように酸素及び水分等との接触を遮断するための保護層(封止層)を設けることができる。保護層は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂の何れかを用いて形成することができる。その他にも、本発明の有機発光素子をパラフィン、シリコーンオイル、フルオロカーボン等の不活性物質中に素子を封入することによって、外部環境から保護することができる。   The organic light emitting device of the present invention can be provided with a protective layer (sealing layer) for blocking the contact with oxygen, moisture and the like so as not to be affected by the external environment as much as possible, in addition to the above configuration. . The protective layer can be formed using any of an epoxy resin, an acrylic resin, a polyester resin, a polycarbonate resin, a thermoplastic resin such as a fluorine resin, a thermosetting resin, and a photocurable resin. In addition, the organic light emitting device of the present invention can be protected from the external environment by enclosing the device in an inert substance such as paraffin, silicone oil, fluorocarbon or the like.

以下、本発明の有機発光素子の構成に関し、基板の上に、前記の(1−3)陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び陰極を順次設けた構成を例として詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the organic light emitting device of the present invention will be described in detail by taking, as an example, the configuration in which the above (1-3) anode, hole transport layer, light emitting layer, electron transport layer and cathode are sequentially provided on a substrate. Do.

前記基板としては、従来の有機発光素子に使用されているものであれば特に限定されないが、例えば、石英ガラス等のガラス、透明プラスチック等の素材からなる基板が挙げられる。また、金属製基板、セラミックス製基板等の不透明基板を用いても良い。   The substrate is not particularly limited as long as it is used in a conventional organic light emitting device, and examples thereof include a substrate made of a material such as glass such as quartz glass and transparent plastic. Alternatively, an opaque substrate such as a metal substrate or a ceramic substrate may be used.

前記陽極としては、仕事関数が大きなものが好適であり、例えば、金、白金、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム等の金属単体又はそれらの合金、酸化物、酸化亜鉛、酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が挙げられる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子材料を使用することもできる。前記陽極は、これらの材料を、例えば、蒸着、スパッタリング、塗布等の方法により基板上に形成することができる。陽極の膜厚は、一般に5〜1000nm、好ましくは10〜500nmで調整される。   As the anode, one having a large work function is preferable. For example, metals such as gold, platinum, nickel, palladium, cobalt, selenium, vanadium or the like, or alloys thereof, oxides, zinc oxide, indium tin oxide (ITO And metal oxides such as zinc indium oxide. Also, conductive polymer materials such as polyaniline, polypyrrole and polythiophene can be used. The anode can form these materials on a substrate by, for example, a method such as vapor deposition, sputtering, or application. The film thickness of the anode is generally adjusted to 5 to 1000 nm, preferably 10 to 500 nm.

前記正孔輸送層に用いられる正孔輸送材料としては、従来から光導電材料において正孔の電荷注入輸送材料として使用されているものや有機発光素子の正孔輸送層に使用されている公知の材料から任意に選択して用いることができる。前記正孔輸送材料の例としては、銅フタロシアニン等のフタロシアニン誘導体、N,N,N’,N’−テトラフェニル−1,4−フェニレンジアミン、N,N’−ジ(m−トリル)−N,N’−ジフェニルー4,4’−ジアミノビフェニル(TPD)、N,N’―ジ(1−ナフチル)―N,N’−ジフェニルー4,4’―ジアミノビフェニル(α−NPD)等のトリアリールアミン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。また、ポリビニルカルバゾール、(フエニルメチル)ポリシラン、ポリアニリン等の正孔輸送性ポリマーも使用することができる。正孔輸送性ポリマーとしては、前記の低分子量正孔輸送材料をポリスチレンやポリカーボネート等のポリマーにドープしたものを使用しても良い。   As a hole transport material used for the said hole transport layer, the thing currently used as a charge injection transport material of the hole in a photoconductive material from the former, and the well-known used for the hole transport layer of an organic light emitting element It can be selected arbitrarily from the materials. Examples of the hole transport material include phthalocyanine derivatives such as copper phthalocyanine, N, N, N ', N'-tetraphenyl-1,4-phenylenediamine, N, N'-di (m-tolyl) -N Triaryls such as N, N'-diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl (TPD), N, N'-di (1-naphthyl) -N, N'-diphenyl-4,4'-diaminobiphenyl (α-NPD) Amine derivatives, polyphenylene vinylene derivatives, polythiophene derivatives and the like can be mentioned. In addition, hole transporting polymers such as polyvinyl carbazole, (phenylmethyl) polysilane, polyaniline and the like can also be used. As the hole transporting polymer, one obtained by doping the low molecular weight hole transporting material with a polymer such as polystyrene or polycarbonate may be used.

前記発光層に用いられる発光材料としては、本発明の含フッ素π共役系環状高分子が使用されるが、それ以外にも発光材料として従来から公知の化合物と併用しても良い。公知の発光材料としては、アクリドン誘導体、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、ピラン誘導体、オキザゾン誘導体、ベンゾオキサゾン誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、縮合多環式芳香族炭化水素及びその誘導体、トリアリールアミン誘導体、有機金属誘導体(例えば、アルミニウム又はイリジウムの有機金属錯体)等が挙げられ、単独又は複数の混合物で使用される。また、前記発光材料としては、ホスト材料にドーパント材料が含まれた材料、例えば、イリジウム金属錯体でドープされたポリカルバゾールや燐光白金錯体を含む電荷輸送ホスト材料等を使用することもできる。   As the light emitting material used for the light emitting layer, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention is used, but in addition to this, it may be used in combination with a conventionally known compound as a light emitting material. As known light emitting materials, acridone derivatives, quinacridone derivatives, coumarin derivatives, pyran derivatives, oxazone derivatives, benzooxazone derivatives, benzothiazole derivatives, benzimidazole derivatives, fused polycyclic aromatic hydrocarbons and derivatives thereof, triarylamine derivatives, Organometallic derivatives (for example, organometal complexes of aluminum or iridium) and the like can be mentioned, and they can be used alone or in combination of two or more. In addition, as the light emitting material, a material in which a host material contains a dopant material, for example, a polycarbazole doped with an iridium metal complex or a charge transporting host material containing a phosphorescent platinum complex can be used.

前記電子輸送層に用いられる電子輸送材料としては、例えば、トリス(8−ヒドロキシキノラート)アルミニウム(Alq)等の金属キレート化オキシノイド化合物、2−(4−ビフェニルイル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(PBD)、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のアゾール化合物、フェナントロリン誘導体が挙げられる。 Examples of the electron transport material used for the electron transport layer include metal chelated oxinoid compounds such as tris (8-hydroxyquinolato) aluminum (Alq 3 ), 2- (4-biphenylyl) -5- (4-) t-Butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (PBD), 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5- (4-t-butylphenyl) -1,2,4-triazole Examples include azole compounds such as (TAZ) and phenanthroline derivatives.

前記陰極としては、仕事関数の小さなものが好適であり、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体又は複数の合金が挙げられる。また、酸化錫インジウム(ITO)等の金属酸化物を使用しても良い。前記陰極は、これらの材料を、例えば、蒸着、スパッタリング等の方法により薄膜を形成することにより、作製することができる。陰極の膜厚は、一般に5〜1000nm、好ましくは10〜500nmで調整される。   As the cathode, one having a small work function is preferable. For example, a single metal or a plurality of alloys such as lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, magnesium, aluminum, indium, silver, lead, tin, chromium and the like can be mentioned. Be In addition, metal oxides such as indium tin oxide (ITO) may be used. The cathode can be produced by forming a thin film of these materials by, for example, a method such as vapor deposition or sputtering. The thickness of the cathode is generally adjusted to 5 to 1000 nm, preferably 10 to 500 nm.

上記有機発光素子において、本発明の含フッ素π共役系環状高分子を含有する発光層は、一般的に真空蒸着法、又は適用な有機溶媒に溶解させて溶液とし、該溶液をスピンコーティング、ディップコーティング、ロールツートール法等の塗布法により薄膜を形成する。本発明の共重合体は溶液塗布法による成膜において良好な成膜性が得られるため、特に、高精細及び大面積化の素子を作製するときに作業性の向上及び製造コスト低減を図る上で大きな効果を奏することができる。使用する有機溶媒としては、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、ハロゲン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、非プロトン系溶媒、パーフルオロ系溶媒、水等が挙げられる。これらの有機溶媒は単独で使用しても、複数の混合溶媒として使用しても良い。   In the above organic light emitting device, the light emitting layer containing the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention is generally dissolved in a vacuum evaporation method or an applicable organic solvent to form a solution, and the solution is spin-coated and diped A thin film is formed by a coating method such as coating or roll-to-hole method. The copolymer of the present invention can obtain good film formability in film formation by a solution coating method. Therefore, especially when manufacturing a device with high definition and large area, improvement of workability and reduction of manufacturing cost can be achieved. Can produce great effects. Examples of the organic solvent to be used include hydrocarbon solvents, ketone solvents, halogen solvents, ester solvents, alcohol solvents, ether solvents, aprotic solvents, perfluoro solvents, water and the like. These organic solvents may be used alone or as a mixture of solvents.

前記の正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の各層の膜厚は、従来の有機発光素子において一般的に採用されている膜厚であれば特に限定されないが、通常、1〜1000nmになるように調整される。   The film thickness of each layer such as the above-mentioned hole transport layer, light emitting layer, electron transport layer, etc. is not particularly limited as long as it is a film thickness generally adopted in conventional organic light emitting devices, but usually 1 to 1000 nm. To be adjusted.

本発明の含フッ素π共役系環状高分子は、主に発光材料として使用できるが、それ以外にも、繰返し単位の電子状態に応じて、電子輸送材料又は電荷輸送材料として使用しても良い。   The fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention can be mainly used as a light emitting material, but may also be used as an electron transporting material or a charge transporting material according to the electronic state of the repeating unit.

本発明の含フッ素π共役系環状高分子は、上記で述べた有機発光素子だけでなく、太陽電池の電極を構成する活性層(n層)又は電荷輸送層の材料としても使用することができる。   The fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention can be used not only as the organic light-emitting device described above, but also as a material of an active layer (n layer) or charge transport layer constituting an electrode of a solar cell. .

以下、具体的な実施例を用いて説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, although it demonstrates using a specific Example, this invention is not limited at all by these Examples.

<実施例1>
[含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマの合成]
例示番号6−1の含フッ素π共役系環状高分子を製造するときに使用する前駆体モノマ1の合成方法を次に示す。
Example 1
[Synthesis of Fluorine-Containing π-Conjugated Cyclic Polymer Precursor Monomer]
The synthesis method of the precursor monomer 1 used when manufacturing the fluorine-containing pi-conjugated cyclic polymer of the illustration number 6-1 is shown next.

Figure 2018177842
Figure 2018177842

例示番号6−1の含フッ素π共役系環状高分子の原料となる前駆体モノマ1は、上記の化学反応式に基づいて、具体的に以下の手順に従い合成した。ジヒドロキシベンゾキノン(a)の3.5 gをクロロホルムに懸濁し0 ℃ に冷却した。その後、臭素(2.8 ml)加え一晩撹拌した。懸濁液をろ過し、残渣を水酸化ナトリウム水溶液に溶解した後、濃塩酸を加えることにより沈殿が生成した。沈殿物をろ過により単離し、乾燥することにより、ブロマニル酸(b)を7.01 g 得た。   The precursor monomer 1 used as the raw material of the fluorine-containing pi conjugated cyclic polymer of the illustration number 6-1 was specifically synthesize | combined according to the following procedures based on said chemical reaction formula. 3.5 g of dihydroxybenzoquinone (a) was suspended in chloroform and cooled to 0 ° C. After that, bromine (2.8 ml) was added and stirred overnight. The suspension was filtered and the residue was dissolved in aqueous sodium hydroxide solution and then a precipitate formed on addition of concentrated hydrochloric acid. The precipitate was isolated by filtration and dried to give 7.01 g of bromanic acid (b).

次いで、ブロマニル酸(b)1.48 g(5 mmol)をアルゴン雰囲気下で酢酸エチル40 mlに溶解し、ハイドロサルファイトナトリウム(Na)水溶液1Mを20mlを加え、一晩撹拌した。反応溶液を酢酸エチルで抽出し、有機溶媒を減圧留去することにより、テトラヒドロキシ-p-ブロモベンゼン(c)を1.46 g(4.86 mmol)得た。 Then, 1.48 g (5 mmol) of bromanic acid (b) was dissolved in 40 ml of ethyl acetate under an argon atmosphere, 20 ml of an aqueous solution of sodium hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ) was added, and the mixture was stirred overnight. The reaction solution was extracted with ethyl acetate, and the organic solvent was evaporated under reduced pressure to obtain 1.46 g (4.86 mmol) of tetrahydroxy-p-bromobenzene (c).

このようにして得られたテトラヒドロキシ-p-ブロモベンゼン(c)1.46 gをアルゴン雰囲気下でDMSO(10 ml)に溶解し、炭酸カリウム4.83 g(35 mmol)加え室温で10分間撹拌した。その後、オクタフルオロシクロペンテン(d)の2.2 g(10 mmol)を加え、室温で一晩撹拌した。水を50 ml加えた後3 N塩酸を少しずつ滴下し沈殿を生じさせた。沈殿物をろ過により分離し、乾燥することにより、含フッ素π共役系高分子前駆体モノマ1を白色固体として1.85 g(収率 64%)得た。含フッ素π共役系高分子前駆体モノマ1は、19F NMRとX線結晶構造解析により構造を特定した。 1.46 g of tetrahydroxy-p-bromobenzene (c) thus obtained was dissolved in DMSO (10 ml) under an argon atmosphere, 4.83 g (35 mmol) of potassium carbonate was added, and the mixture was stirred at room temperature for 10 minutes. After that, 2.2 g (10 mmol) of octafluorocyclopentene (d) was added and stirred overnight at room temperature. After adding 50 ml of water, 3 N hydrochloric acid was dropped little by little to cause precipitation. The precipitate was separated by filtration and dried to obtain 1.85 g (yield 64%) of a fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer 1 as a white solid. The structure of the fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer 1 was specified by 19 F NMR and X-ray crystal structure analysis.

NMRスペクトルの測定は、5φのサンプル管中に試料と重クロロホルム溶媒(CDCl)とを加え、内部標準としてテトラメチルシラン(TMS)を用いて調整し、NMR装置(Bruker AVANCE III400型)により行った。19F−NMRの測定により、次に示すピークが観測された。
19F NMR (376 MHz, CDCl3): δ -127.5 (m, 2F), -117.1 (m, 1F)。
The measurement of the NMR spectrum is carried out by adding a sample and a deuterated chloroform solvent (CDCl 3 ) into a sample tube of 5φ, using tetramethylsilane (TMS) as an internal standard, and using an NMR apparatus (Bruker AVANCE III type 400) The The peak shown next was observed by 19 F-NMR measurement.
19 F NMR (376 MHz, CDCl 3 ): δ -127.5 (m, 2F), -117.1 (m, 1F).

また、X線構造解析は、Rigaku製のデスクトップ単結晶X線構造解析装置XtaLABminiで50kV、12mA、0.60kWの電力、600WのX線出力を用いて行い、検出器としてMARCURY CCDを、分光器として集光素子SHINEを、解析ソフトとしてはolex2とmarcuryをそれぞれ使用した。X線構造解析によって推定される結晶構造を図14に示す。 In addition, X-ray structural analysis is performed using a Rigaku desktop single crystal X-ray structural analyzer XtaLABmini using 50kV, 12mA, 0.60kW power, 600W X-ray output, and a MARCURY CCD as a detector, a spectroscope As condensing element SHINE, as analysis software olex 2 and marcury were used respectively. The crystal structure estimated by X-ray structural analysis is shown in FIG.

X線構造解析の結果、含フッ素π共役系高分子前駆体モノマ1は、図14に示すように、平面に近い環状の結晶構造を有しており、その平面部分がπ共役性の発現に対して大きく寄与することが容易に推察される。   As a result of X-ray structural analysis, as shown in FIG. 14, the fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer 1 has a cyclic crystal structure close to a plane, and the plane portion shows the expression of π-conjugation. It is easily guessed that they will make a major contribution.

[例示番号6−1の含フッ素π共役系環状高分子(単独重合体)の製造]
前記含フッ素π共役系高分子前駆体モノマ1を用いて含フッ素π共役系環状高分子の単独重合体(例示番号6−1)を下記に示す方法に従って製造した。
[Production of Fluorine-Containing π-Conjugated Cyclic Polymer (Homopolymer) of Example No. 6-1]
Using the fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer 1, a homopolymer (example number 6-1) of a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer was produced according to the method shown below.

Figure 2018177842
Figure 2018177842

含フッ素π共役系高分子前駆体モノマ1の 3.18 g(5.5 mmol)をアルゴン雰囲気下でTHF(10 ml)に溶解し、イソプロピルマグネシウムクロリド塩化リチウム試薬を加え、0 ℃で1時間撹拌した。次に、触媒であるビストリフェニルホスフィンニッケルジクロリド(10 mol%)を加えて室温で一晩撹拌した。その後、反応液をメタノール150 mlに滴下し、次いで塩酸を少しずつ滴下し固体を沈殿させた。沈殿物をろ過により分離して乾燥後、単独重合体(ホモポリマ)を1.8 g(収率 78%)で得た。このようにして製造された単独重合体は、19F NMRにより構造を特定した結果、次に示すように、例示番号6−1で示す構造単位を有することが確認された。
19F NMR (376 MHz, CDCl3): δ -127.9 (m, 2F), -117.3 (m, 1F)。
3.18 g (5.5 mmol) of fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer 1 was dissolved in THF (10 ml) under an argon atmosphere, an isopropyl magnesium chloride lithium chloride reagent was added, and the mixture was stirred at 0 ° C. for 1 hour. Next, catalyst bistriphenylphosphine nickel dichloride (10 mol%) was added and stirred overnight at room temperature. Thereafter, the reaction solution was dropped into 150 ml of methanol, and then hydrochloric acid was dropped little by little to precipitate a solid. The precipitate was separated by filtration and dried to obtain 1.8 g (yield 78%) of a homopolymer. As a result of specifying the structure by 19 F NMR, it was confirmed that the homopolymer thus produced had a structural unit shown by the example No. 6-1 as shown below.
19 F NMR (376 MHz, CDCl 3 ): δ -127.9 (m, 2F), -117.3 (m, 1F).

<実施例2>
[例示番号12−1の含フッ素π共役系環状高分子(共重合体)の合成]
実施例1で合成された含フッ素π共役系高分子前駆体モノマ1を用いて図3に示す例示番号12−1の含フッ素π共役系環状高分子(共重合体)を下記にしめす方法に従って製造した。
Example 2
[Synthesis of Fluorine-Containing π-Conjugated Cyclic Polymer (Copolymer) of Example No. 12-1]
Using the fluorine-containing π-conjugated polymer precursor monomer 1 synthesized in Example 1 according to the method described below for the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer (copolymer) of the example number 12-1 shown in FIG. 3 Manufactured.

Figure 2018177842
Figure 2018177842

含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマ1の 2.5 g(5 mmol)とベンゼンジボロン酸ピナコールエステル(e)の 1.2 g(5 mmol)をTHFに溶解し、X-Phos (2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,4’,6’-トリイソプロピルビフェニル)0.19 g、酢酸パラジウム 0.55 g、飽和炭酸カリウム水溶液10 mlを加えた後、混合液を50 ℃ で24時間撹拌した。反応液を室温まで冷却後、メタノール150 ml へ滴下し、次いで塩酸を少しずつ滴下することにより、固体が沈殿した。沈殿物をろ過により分離し、残渣をジクロロメタンに溶解して、ヘキサンへ滴下して再沈殿を行った。沈殿物を再度ろ過し、乾燥することにより、共重合体(コポリマ)を0.33 g(収率 11%)得た。このように製造された共重合体(コポリマ)は、1H NMR、19F NMRにより構造を特定した結果、次に示すように、図3の例示番号12−1で示す構造単位を有することが確認された。
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.73 (brs, 2H), 7.39 (brs, 2H)。
19F NMR (376 MHz, CDCl3): δ -127.5 (m, 2F), -117.2 (m, 1F)。
A solution of 2.5 g (5 mmol) of fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer 1 and 1.2 g (5 mmol) of benzenediboronic acid pinacol ester (e) in THF was dissolved in X-Phos (2-dicyclohexylphos After adding 0.19 g of fino-2 ', 4', 6'-triisopropylbiphenyl, 0.55 g of palladium acetate and 10 ml of saturated aqueous potassium carbonate solution, the mixture was stirred at 50 ° C for 24 hours. The reaction solution was cooled to room temperature and then dropwise added to 150 ml of methanol, and then hydrochloric acid was dropped little by little to precipitate a solid. The precipitate was separated by filtration, the residue was dissolved in dichloromethane and reprecipitated dropwise into hexane. The precipitate was again filtered and dried to obtain 0.33 g (yield 11%) of a copolymer. As a result of specifying the structure by 1 H NMR and 19 F NMR, the copolymer (copolymer) thus produced has a structural unit shown by the example No. 12-1 in FIG. 3 as shown next. confirmed.
1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ 7.73 (brs, 2H), 7.39 (brs, 2H).
19 F NMR (376 MHz, CDCl 3 ): δ -127.5 (m, 2F), -117.2 (m, 1F).

以上のように、本発明の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法によれば、含フッ素π共役系環状高分子の単独重合体及び共重合体を、入手が容易な原料を用いて、従来よりも少ない合成工数で得ることができる。また、本発明の製造方法によって得られる含フッ素π共役系環状高分子は、π電子共役性を十分に発現しながら、有機溶媒に対する溶解性が高く成膜性が良好で、且つ、安定性と耐久性に優れる。さらに、電子材料として要求される物性及び特性に応じて、様々な構造を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することができるため、高性能及び新機能を有する電子デバイスや太陽電池などの幅広い分野への適用が期待できることから、その有用性は極めて高い。   As described above, according to the method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer of the present invention, a homopolymer and a copolymer of a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer are obtained using easily available raw materials. It can be obtained with a smaller number of synthetic steps than before. In addition, the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer obtained by the production method of the present invention has high solubility in an organic solvent and good film-forming properties, while sufficiently exhibiting π electron conjugation. Excellent in durability. Furthermore, since it is possible to produce fluorine-containing π-conjugated cyclic polymers having various structures according to the physical properties and characteristics required as electronic materials, electronic devices and solar cells having high performance and new functions, etc. Its usefulness is extremely high because it can be expected to be applied to a wide range of fields.

Claims (14)

遷移金属触媒を用いるホモカップリング反応又はクロスカップリング反応によって含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマの単独重合又は共重合を行うことにより製造される含フッ素π共役系環状高分子の製造方法であって、
前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマが、
二重結合の一つ及びフッ素元素の一つ以上を1分子中に有する単環状又は鎖状の化合物(A)と、
π共役系の環状化合物であって、核置換基としてオルト位に2個又は4個の水酸基及びパラ位に臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子を有する化合物(B)と、
の反応によって合成されることを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Process for producing fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced by homopolymerization or copolymerization of fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer by homo-coupling reaction or cross-coupling reaction using transition metal catalyst And
The fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer is
A monocyclic or chain compound (A) having one double bond and one or more fluorine atoms in one molecule,
a compound (B) which is a π-conjugated cyclic compound and which has, as a nuclear substituent, 2 or 4 hydroxyl groups in the ortho position and a bromine atom, chlorine atom or iodine atom in the para position;
A process for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer, which is synthesized by the reaction of
前記化合物(A)が下記式(1)又は(2)で表される構造を有する化合物であり、
前記化合物(B)が下記式(3)、(4)又は(5)で表される構造を有する化合物であることを特徴とする請求項1に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
Figure 2018177842
式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子であり、R51、R61、は、それぞれ独立にフッ素原子、臭素原子又は塩素原子である。a、b、c、dは0又は1の整数であり、a+b+c+d=2〜4の何れかの整数である。R、R、R、Rにおいて、R及び該Rとシス位の置換基であるRは、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子であり、R、Rはフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基である。
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
式中、X、Xは、独立に臭素原子、塩素原子又はヨウ素原子であり、R、Rは、独立に水素原子、アルキル基又はアリール基である。Yは、下記(Y1)〜(Y9)のいずれかで表される原子又は原子団であり、
Figure 2018177842
式中、Rc、Rd、Re、Rfは、それぞれ独立に水素原子又は置換基である。
The compound (A) is a compound having a structure represented by the following formula (1) or (2),
The production of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to claim 1, wherein the compound (B) is a compound having a structure represented by the following formula (3), (4) or (5): Method.
Figure 2018177842
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom, and R 51 and R 61 each independently represent a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom. a, b, c, d are integers of 0 or 1, and a + b + c + d is an integer in any one of 2 to 4. In R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , R 1 and R 3 which is a substituent in the cis position with R 1 are a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 2 and R 4 are a fluorine atom Or an alkyl group containing one or more fluorine atoms.
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
In the formula, X 1 and X 2 each independently represent a bromine atom, a chlorine atom or an iodine atom, and R a and R b each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. Y is an atom or atomic group represented by any of the following (Y1) to (Y9),
Figure 2018177842
In the formula, Rc, Rd, Re and Rf each independently represent a hydrogen atom or a substituent.
前記R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42、R51、R61、R、Rは、何れもフッ素原子であり、前記R、Rは、独立にフッ素原子又はパーフルオロアルキル基であることを特徴とする請求項2に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。 R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 , R 42 , R 51 , R 61 , R 1 and R 3 are each a fluorine atom, and R 2 and R 3 The method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to claim 2, wherein 4 is independently a fluorine atom or a perfluoroalkyl group. 前記a+b+c+dがa+b+c+d=3の整数であることを特徴とする請求項2又は3に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。   The method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to claim 2 or 3, wherein the a + b + c + d is an integer of a + b + c + d = 3. 前記X及びXが、臭素原子であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。 The method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer according to any one of claims 2 to 4, wherein X 1 and X 2 are a bromine atom. 請求項2〜5のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(1)で表される化合物と、前記式(3)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(6)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子である。
In the manufacturing method as described in any one of Claims 2-5, the fluorine-containing (pi) conjugated system cyclic compound synthesize | combined from the compound represented by the said Formula (1), and the compound represented by the said Formula (3) A method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer, which comprises producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (6) using a polymer precursor monomer.
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom.
請求項2〜5のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(1)で表される化合物と、前記式(4)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(7)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子である。R、Rは、独立に水素原子、アルキル基又はアリール基である。
In the manufacturing method as described in any one of Claims 2-5, the fluorine-containing (pi) conjugated system cyclic compound synthesize | combined from the compound represented by the said Formula (1), and the compound represented by the said Formula (4) A process for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer, which comprises producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (7) using a polymer precursor monomer.
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom. R a and R b are independently a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
請求項2〜5のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(1)で表される化合物と、前記式(5)で表される化合物及とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(8)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
式中、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42は、それぞれ独立に水素原子、フッ素原子、臭素原子又は塩素原子を示し、R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42の少なくとも一つがフッ素原子である。Yは、前記(Y1)〜(Y9)のいずれかで表される原子又は原子団と同じ原子又は原子団である。
In the manufacturing method as described in any one of Claims 2-5, the fluorine-containing pi-conjugated system synthesize | combined from the compound represented by the said Formula (1), and the compound represented by the said Formula (5) A process for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer, which comprises producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (8) using a cyclic polymer precursor monomer: .
Figure 2018177842
In the formulae, R 11 , R 12 , R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, a bromine atom or a chlorine atom, and R 11 and R 12 And at least one of R 21 , R 22 , R 31 , R 32 , R 41 and R 42 is a fluorine atom. Y is the same atom or atomic group as the atom or atomic group represented by any one of (Y1) to (Y9) above.
請求項2〜5のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(2)で表される化合物と、前記式(3)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(9)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
式中、R、Rはフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基である。
In the manufacturing method as described in any one of Claims 2-5, the fluorine-containing (pi) conjugated system cyclic compound synthesize | combined from the compound represented by the said Formula (2), and the compound represented by the said Formula (3) A method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer, which comprises producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (9) using a polymer precursor monomer.
Figure 2018177842
In the formula, R 2 and R 4 each represent a fluorine atom or an alkyl group containing one or more fluorine atoms.
請求項2〜5のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(2)で表される化合物と、前記式(4)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(10)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
式中、R、Rはフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基であり、R、Rは、独立に水素原子、アルキル基又はアリール基である。
In the manufacturing method as described in any one of Claims 2-5, the fluorine-containing (pi) conjugated system cyclic compound synthesize | combined from the compound represented by the said Formula (2), and the compound represented by the said Formula (4) A process for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer, which comprises producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (10) using a polymer precursor monomer.
Figure 2018177842
In the formula, R 2 and R 4 each represent a fluorine atom or an alkyl group containing one or more fluorine atoms, and R a and R b each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
請求項2〜5のいずれか一項に記載の製造方法において、前記式(2)で表される化合物と、前記式(5)で表される化合物とから合成される含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを用いて、下記式(11)で表される構造単位を有する含フッ素π共役系環状高分子を製造することを特徴とする含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
式中、R、Rはフッ素原子又はフッ素原子を1個以上含むアルキル基である。Yは、前記(Y1)〜(Y9)のいずれかで表される原子又は原子団と同じ原子又は原子団である。
In the manufacturing method as described in any one of Claims 2-5, the fluorine-containing (pi) conjugated system cyclic compound synthesize | combined from the compound represented by the said Formula (2), and the compound represented by the said Formula (5) A method for producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer, comprising producing a fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer having a structural unit represented by the following formula (11) using a polymer precursor monomer.
Figure 2018177842
In the formula, R 2 and R 4 each represent a fluorine atom or an alkyl group containing one or more fluorine atoms. Y is the same atom or atomic group as the atom or atomic group represented by any one of (Y1) to (Y9) above.
前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマを、前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマとは別のπ共役系高分子前駆体モノマとクロスカップリング反応させることにより、さらに、下記式(12)、(13)、(14)及び(15)で表される構造単位の少なくともいずれかを有する共重合体を製造することを特徴とする請求項6〜11のいずれか一項に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
式中、R、R、R、R10は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基又はアルコキシ基を示し、e、g、hは1〜4のいずれかの整数で、fは1〜2のいずれかの整数である。Zは、下記(Z1)〜(Z9)のいずれかで表される原子又は原子団であり、
Figure 2018177842
式中、Rg、Rh、Ri、Rjは、それぞれ独立に水素原子又は置換基である。
Further, by cross-coupling reaction of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer with a π-conjugated polymer precursor monomer different from the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer, The copolymer having at least one of the structural units represented by the formulas (12), (13), (14) and (15) is produced. The manufacturing method of the fluorine-containing pi conjugated cyclic polymer as described.
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
Figure 2018177842
In the formula, R 7 , R 8 , R 9 and R 10 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an alkoxy group, and e, g, h are integers of 1 to 4 and f is 1 to Any integer of 2. Z is an atom or atomic group represented by any of the following (Z1) to (Z9),
Figure 2018177842
In the formula, Rg, Rh, Ri and Rj are each independently a hydrogen atom or a substituent.
前記共重合体は、前記含フッ素π共役系環状高分子前駆体モノマの重合によって前記フッ素π共役系環状高分子中に形成される構造単位と、前記式(12)、(13)、(14)及び(15)で表される構造単位のいずれかとが交互に化学結合した交互共重合体であることを特徴とする請求項12に記載の含フッ素π共役系環状高分子の製造方法。   The copolymer is a structural unit formed in the fluorine π-conjugated cyclic polymer by polymerization of the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer precursor monomer, and the formulas (12), (13), and (14) 13. The method for producing a fluorine-containing &pgr; -conjugated cyclic polymer according to claim 12, which is an alternating copolymer in which any of the structural units represented by) and (15) are chemically bonded alternately. 請求項1〜13のいずれか一項に記載の製造方法で製造された含フッ素π共役系環状高分子を発光層の発光材料として含む発光素子。   A light emitting device comprising the fluorine-containing π-conjugated cyclic polymer produced by the method according to any one of claims 1 to 13 as a light emitting material of a light emitting layer.
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