JP2021063169A - Light up-conversion material - Google Patents

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Abstract

To provide a novel solid light up-conversion material that can achieve high light up-conversion yields.SOLUTION: A light up-conversion material contains a light up-conversion emission body and a photosensitizer and is solid. The photosensitizer has a chemical structure in which a triplet photosensitized part and a molecule anchor part are coupled.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、光アップコンバージョン材料に関する。 The present invention relates to an optical up-conversion material.

従来、長波長光を短波長光に変換する光アップコンバージョン発光体が知られている。光アップコンバージョン発光体としては、希土類元素などを用いた無機系光アップコンバージョン発光体が知られている。無機系光アップコンバージョン発光体は、赤外レーザー光を可視光に変換するIRカードなどに応用され、既に実用化されている。 Conventionally, an optical up-conversion light emitter that converts long-wavelength light into short-wavelength light has been known. As an optical up-conversion illuminant, an inorganic optical up-conversion illuminant using a rare earth element or the like is known. Inorganic light up-conversion light emitters have been applied to IR cards and the like that convert infrared laser light into visible light, and have already been put into practical use.

一方、有機化合物を用いた有機系光アップコンバージョン発光体では、有機化合物が有する強くて幅広い吸収スペクトルを用いることにより、無機系光アップコンバージョン発光体よりも、幅広い波長かつ低い入射パワーでの光アップコンバージョンが可能となることが知られている。有機系光アップコンバージョン発光体の用途としては、例えば、有機薄膜太陽電池やペロブスカイト太陽電池、および光触媒などが挙げられる。これらの用途において、太陽光から電荷を生成させるのは太陽光スペクトルのうち短波長域である可視光であり、光触媒などでは特に紫外光及び青色光である。そこで、これらデバイスに有機系光アップコンバージョン発光体を用いることにより、その長波長成分を短波長成分に変換し、太陽電池の光電変換効率や光触媒の反応効率を高めることなどが期待されている。また、太陽光で最も強く含まれる緑色成分を、植物の葉緑体が効率よく吸収する短波長の青色成分へと変換することで、植物の育成を促進させる用途も期待されている。さらには規制無く一般に使用が可能な低出力(1mW未満)のレーザーポインターを用いて、通常では起こらない特徴的な短波長発光を得ることが可能なため、偽造防止などの特殊用途のインク材料への応用も考えられている。このように、近年、有機系光アップコンバージョン発光体が注目を集めてきている(例えば、特許文献1、非特許文献1及び2を参照)。 On the other hand, the organic light up-conversion illuminant using an organic compound uses the strong and wide absorption spectrum of the organic compound to increase the light with a wider wavelength and lower incident power than the inorganic light up-conversion illuminant. It is known that conversion is possible. Applications of the organic optical up-conversion illuminant include, for example, organic thin-film solar cells, perovskite solar cells, and photocatalysts. In these applications, it is visible light in the short wavelength region of the sunlight spectrum that generates charge from sunlight, and ultraviolet light and blue light are particularly used in photocatalysts and the like. Therefore, it is expected that by using an organic optical up-conversion illuminant for these devices, the long wavelength component thereof is converted into a short wavelength component, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell and the reaction efficiency of the photocatalyst are improved. It is also expected to be used to promote the growth of plants by converting the green component, which is most strongly contained in sunlight, into a short-wavelength blue component that is efficiently absorbed by the chloroplasts of plants. Furthermore, by using a low-power (less than 1 mW) laser pointer that can be used in general without restrictions, it is possible to obtain characteristic short-wavelength light emission that does not normally occur, so it can be used as an ink material for special purposes such as anti-counterfeiting. The application of is also considered. As described above, in recent years, organic light up-conversion illuminants have been attracting attention (see, for example, Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).

有機系光アップコンバージョン発光体は、一般に、光増感剤と共に用いられ、有機系光アップコンバージョン材料として使用される。現在知られている有機系光アップコンバージョン材料における光アップコンバージョンの機構としては、例えば次のような機構が挙げられる。まず、基底状態にある光増感剤分子(1A)が、光エネルギーを吸収して励起一重項状態(1*)へと遷移する(1A+hν→1*)。次に、速やかに励起三重項状態(3*)へと系間交差を起こし(1*3*)、光増感剤分子の励起三重項状態から発光体分子にエネルギーが受け渡される。これにより、光増感剤分子はエネルギーを失ってその基底状態に戻る。一方、基底状態にあった発光体分子(1E)が、励起三重項(3*)へと変化する(三重項−三重項エネルギー移動:3*1E→1A+3*)。励起三重項状態へ変化した発光体分子の濃度が高まると、励起三重項状態へ変化した発光体分子同士の相互作用が効率よく起きるようになり、励起三重項状態へ変化した一方の発光体分子から他方の発光体分子にエネルギーが移動する。このとき、励起三重項状態へ変化した一方の発光体分子は基底状態に戻り、他方は励起一重項状態へと変化する(三重項−三重項消滅過程:3*3*1E+1*)。そして、この励起一重項状態へ変化した発光体分子から、蛍光として、アップコンバージョンされた発光(1*1E+hνf)が生じる。このような機構は、「三重項−三重項アップコンバージョン」などと呼ばれている。 The organic light up-conversion illuminant is generally used together with a photosensitizer and is used as an organic light up-conversion material. Examples of the optical up-conversion mechanism in the currently known organic optical up-conversion materials include the following mechanisms. First, the photosensitizer molecule ( 1 A) in the ground state absorbs light energy and transitions to the excited singlet state ( 1 A * ) (1 A + hν → 1 A * ). Next, intersystem crossing occurs rapidly to the excited triplet state ( 3 A * ) (1 A *3 A * ), and energy is transferred from the excited triplet state of the photosensitizer molecule to the illuminant molecule. Is done. This causes the photosensitizer molecule to lose energy and return to its ground state. On the other hand, the luminescent molecule ( 1 E) in the ground state changes to an excited triplet ( 3 E * ) (triplet-triplet energy transfer: 3 A * + 1 E → 1 A + 3 E * ). .. When the concentration of the luminescent molecule changed to the excited triplet state increases, the interaction between the luminescent molecules changed to the excited triplet state becomes efficient, and one of the luminescent molecules changed to the excited triplet state occurs. Energy is transferred from the other illuminant molecule. At this time, one luminescent molecule that has changed to the excited triplet state returns to the ground state, and the other changes to the excited singlet state (triplet-triplet annihilation process: 3 E * + 3 E *1 E +. 1 E * ). Then, up-converted luminescence (1 E *1 E + hν f ) is generated as fluorescence from the illuminant molecule changed to the excited singlet state. Such a mechanism is called "triplet-triplet up-conversion" or the like.

以上のような機構を考慮すると、有機系光アップコンバージョン材料では、発光体の励起三重項状態のエネルギーが励起一重項状態のエネルギーの半分程度である必要性がある。このため、発光体としては、芳香環骨格をもつ分子などが用いられている。また、光増感剤としては、高効率に励起三重項状態を生成する有機金属錯体などが用いられている。 Considering the above mechanism, in the organic optical up-conversion material, the energy of the excited triplet state of the illuminant needs to be about half the energy of the excited singlet state. Therefore, as the luminescent material, a molecule having an aromatic ring skeleton or the like is used. Further, as the photosensitizer, an organometallic complex or the like that generates an excited triplet state with high efficiency is used.

例えば、青色発光領域の光アップコンバージョン発光体として、アントラセン、9,10−ジフェニルアントラセンなどが知られている。また、それらに対応して動作する増感剤としては、金属ポルフィリン系化合物、特にPt−オクタエチルポルフィリン、Pd−オクタエチルポルフィリン、Pt−テトラフェニルポルフィリン、Pd−テトラフェニルポルフィリンなどが知られている。 For example, anthracene, 9,10-diphenylanthracene and the like are known as light up-conversion light emitters in the blue light emitting region. Further, as a sensitizer that operates in response to them, metal porphyrin compounds, particularly Pt-octaethylporphyrin, Pd-octaethylporphyrin, Pt-tetraphenylporphyrin, Pd-tetraphenylporphyrin and the like are known. ..

また、従来の有機系光アップコンバージョン材料の多くは後述の通り液体であり、実用化の観点から、固体の有機系光アップコンバージョン材料の開発も求められている。 Further, most of the conventional organic optical up-conversion materials are liquids as described later, and from the viewpoint of practical use, the development of solid organic optical up-conversion materials is also required.

特表2008−506798号公報Special Table 2008-506798 国際公開2014/136619号International Publication 2014/136619 特開2017−171888号公報JP-A-2017-171888

Ceroni, P., Energy up−conversion by low−power excitation: new applications of an old concept. Chemistry (Weinheim an der Bergstrasse, Germany) 2011, 17, 9560−4.Ceroni, P.M. , Energy up-conversion by low-power extraction: new applications of an old concept. Chemistry (Weinheim and der Bergstrasse, Germany) 2011, 17, 9560-4. Trupke, T.; Shalav, a.; Richards, B. S.; Wurfel, P.; Green, M., Efficiency enhancement of solar cells by luminescent up−conversion of sunlight. Solar Energy Materials and Solar Cells 2006, 90, 3327−3338.Tupke, T.M. Shalav, a. Richards, B.I. S. Wurfer, P.M. Green, M. et al. , Efficiency enhancement of solar cells by luminescence up-conversion of sunlight. Solar Energy Materials and Solar Cells 2006, 90, 3327-3338.

有機系光アップコンバージョン材料においては、その動作原理上、増感剤と発光体の間のエネルギーの受け渡し及び三重項発光体同士の対消滅に、増感剤と発光体の間または三重項発光体同士の間での、分子衝突が必要である。このため、従来、発光量子収率が10%を越える高効率材料としては、三重項状態となった分子が移動可能な液体であるか、実質上液体を含むゲル状媒体があった。しかし、取り扱いやデバイス化に難点があった。 In organic light up-conversion materials, due to the principle of operation, energy transfer between the sensitizer and the illuminant and pair annihilation between the triplet illuminants are performed between the sensitizer and the illuminant or the triplet illuminant. Molecular collisions between each other are required. For this reason, conventionally, as a high-efficiency material having an emission quantum yield of more than 10%, there has been a gel-like medium in which the molecules in the triplet state are movable, or a gel-like medium containing substantially the liquid. However, there were difficulties in handling and deviceization.

さらに、増感剤と発光体の間のエネルギーの受け渡しや三重項発光体は、大気中の酸素によって阻害されるため、不活性気体中に封止、酸素除去する必要があった。これらの点では、本発明者らの従来の技術(特許文献2)についても、同様である。 Furthermore, since the transfer of energy between the sensitizer and the luminescent material and the triplet luminescent material are hindered by oxygen in the atmosphere, it is necessary to seal the sensitizer and the luminescent material in an inert gas to remove oxygen. In these respects, the same applies to the prior art of the present inventors (Patent Document 2).

そこで、本発明者らは固体の高効率材料を実現するべく、固体中においても増感剤と発光体の間で高効率にエネルギーの受け渡しを可能とする方法を検討した。その結果、増感剤と発光体がそれぞれ別々に凝集、結晶化する問題を克服する必要があり、増感剤と発光体の混合溶液から溶媒を蒸発させて固体化する際に増感剤同士の結晶化が生じるよりも早く発光体の結晶化が進行する条件とすることで、増感剤が発光体結晶中に取り込まれて、高効率にエネルギーの受け渡しを可能とする固体を実現できるとの着想を得た。そのために発光体に対する増感剤の濃度を低くし、さらに発光体の濃度を飽和濃度程度まで高め、溶媒の種類と揮発条件を調整して発光体の結晶化を迅速に行うことで、特許文献3に示すように上記のような課題を解決した。特許文献3において、この混合飽和溶液からのキャスト法によって作製し特定の光アップコンバージョン発光体と光増感剤とを含む固体である光アップコンバージョン材料を提供しており、その固体の発光量子収率は最高値で10%を越える。これはそれ以前の固体材料と比して、とても高い光アップコンバージョン発光収率であり、固体でも液体に匹敵する高い光アップコンバージョン発光収率を実現できることを明らかにしている。 Therefore, in order to realize a solid high-efficiency material, the present inventors have investigated a method that enables high-efficiency energy transfer between the sensitizer and the luminescent material even in a solid. As a result, it is necessary to overcome the problem that the sensitizer and the illuminant are separately aggregated and crystallized, and the sensitizers are solidified when the solvent is evaporated from the mixed solution of the sensitizer and the illuminant. By setting the condition that the crystallization of the luminescent material proceeds faster than the crystallization of the luminescent material, the sensitizer can be incorporated into the luminescent material crystal to realize a solid that enables highly efficient energy transfer. Inspired by. Therefore, the concentration of the sensitizer to the luminescent material is lowered, the concentration of the luminescent material is increased to about the saturation concentration, the type of solvent and the volatilization conditions are adjusted, and the luminescent material is rapidly crystallized. As shown in 3, the above-mentioned problems have been solved. Patent Document 3 provides an optical up-conversion material which is a solid containing a specific optical up-conversion illuminant and a photosensitizer, which is produced by a casting method from this mixed saturated solution, and the emission quantum yield of the solid is provided. The maximum rate exceeds 10%. This is a very high light up-conversion emission yield compared to the solid materials before that, and it is clarified that even a solid can achieve a high light up-conversion emission yield comparable to that of a liquid.

しかしながら、特許文献3に開示された、混合飽和溶液からのキャスト法によって得られる固体は微結晶粒から形成されており、その微結晶粒の特性は粒子間で均一ではなく、微結晶粒の中にはアップコンバージョン発光を示さない微結晶粒も多数存在する。このため、全体としてのアップコンバージョン収率はその最大値よりも低下することが問題であり、材料全体としてさらなる光アップコンバージョン収率の向上を図る方法の開発が望まれる。 However, the solid obtained by the casting method from the mixed saturated solution disclosed in Patent Document 3 is formed from microcrystal grains, and the characteristics of the microcrystal grains are not uniform among the particles and are contained in the microcrystal grains. There are also many microcrystal grains that do not show up-conversion luminescence. Therefore, there is a problem that the overall up-conversion yield is lower than the maximum value, and it is desired to develop a method for further improving the optical up-conversion yield of the material as a whole.

このような状況下、本発明は、微結晶粒のばらつきを無くして一律に強い発光が得られるようにすることによって高い光アップコンバージョン収率を実現し得る、新規な固体状の光アップコンバージョン材料を提供することを主な目的とする。また、本発明は、光アップコンバージョン材料の光増感剤として好適に使用し得る、新規化合物を提供することも目的とする。 Under such circumstances, the present invention is a novel solid-state optical up-conversion material capable of achieving a high optical up-conversion yield by eliminating variations in microcrystal grains and uniformly obtaining strong light emission. The main purpose is to provide. It is also an object of the present invention to provide a novel compound that can be suitably used as a photosensitizer for a light up-conversion material.

本発明者らは、上記のような課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、光アップコンバージョン発光体と、光増感剤とを含み、固体である、光アップコンバージョン材料において、光増感剤として、三重項光増感部と分子アンカー部とが連結された化学構造を有しているものを用いることにより、ほぼ全ての微結晶粒で強い光アップコンバージョン発光が得られることを知得した。ここで、三重項光増感部とは光励起によりその三重項状態を生成して、そのエネルギーを光アップコンバージョン発光体に移動させて、光アップコンバージョン発光体の三重項状態を生成することのできる部分的化学構造を言い、上記光増感剤分子(1A)に相当する役割を担う。また、分子アンカー部は光アップコンバージョン発光体との相溶性が高く、光アップコンバージョン発光体の結晶中に混合し得る部分的化学構造を言う。本発明は、このような知見に基づいて、さらに検討を重ねることにより完成された発明である。 The present inventors have made diligent studies to solve the above problems. As a result, in a solid optical up-conversion material containing a photo-upconversion illuminant and a photosensitizer, the chemistry in which the triplet photosensitizer and the molecular anchor portion are linked as the photosensitizer. It was found that strong photo-up-conversion light emission can be obtained with almost all microcrystal grains by using the one having a structure. Here, the triplet photosensitizer can generate the triplet state by photoexcitation and transfer the energy to the optical up-conversion illuminant to generate the triplet state of the optical up-conversion illuminant. It refers to partial chemical structures responsible for corresponding to the photosensitiser molecule (1 a). Further, the molecular anchor portion has high compatibility with the optical up-conversion illuminant, and refers to a partial chemical structure that can be mixed in the crystal of the optical up-conversion illuminant. The present invention is an invention completed by further studying based on such findings.

すなわち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項1. 光アップコンバージョン発光体と、光増感剤とを含み、固体である、光アップコンバージョン材料であって、
前記光増感剤は、三重項光増感部と分子アンカー部とが連結された化学構造を有している、光アップコンバージョン材料。
項2. 前記光アップコンバージョン発光体と、前記光増感剤の前記分子アンカー部とは、共通する化学構造を含んでいる、項1に記載の光アップコンバージョン材料。
項3. 前記共通する化学構造は、複数のベンゼン環が縮合した構造である、項2に記載の光アップコンバージョン材料。
項4. 前記光増感剤の前記分子アンカー部の構造は、前記光アップコンバージョン発光体と、連結部分を除き同一の化学構造である、項1〜3に記載の光アップコンバージョン材料。
項5. 前記光増感剤の三重項光増感部は、ポルフィリン骨格を含んでいる、項1〜4のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。
項6. 前記光増感剤の前記三重項光増感部と前記分子アンカー部とは、炭素数が1以上の化学構造により結合されている、項1〜5のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。
項7. 前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤とを含む前記固体中、前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤との合計割合が、60質量%以上である、項1〜6のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。
項8. 前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤とを含む前記固体は、粒径が1nm以上100μm以下の微粒子であり、
前記微粒子が媒質中に分散された構造を備える、項1〜7のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。
項9. 前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤とを含む前記固体は、結晶である、項1〜8のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。
項10. 項1〜9のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料に光を照射することにより、前記照射した光よりも短波長の光を発光させる、光波長の変換方法。
項11. 光アップコンバージョン発光体と、光増感剤とを含む溶液を、乾燥させる工程を備えており、
前記光増感剤は、三重項光増感部と分子アンカー部とが連結された化学構造を有している、光アップコンバージョン材料の製造方法。
項12. 下記一般式(B1)で表される化合物。

Figure 2021063169
[一般式(B1)中、
基Xは、それぞれ独立して、ベンゼン環に結合した炭素数が1以上の化学構造を有する連結部であり、
mは、それぞれ独立して、1又は2であり、
基Yは、それぞれ、波線が付された結合手によって基Xと結合しており、
前記結合手は、前記基Yの縮合環、及び当該縮合環に結合している両端のベンゼン環の任意の位置に結合しており、
前記基YのRa1、Ra2、Ra3、及びRa4は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基であるか、又は、Ra1とRa2、Ra3とRa4が、それぞれ互いに連結して、エーテル結合、エステル結合、アミド結合及びスルフィド結合からなる群より選択された少なくとも一種の結合を有することがある炭素数が5〜10の直鎖のアルキレン基であり、
Ran1(ここで0≦n1≦8)は、0個以上8個以下の置換基であって、それぞれ芳香環に結合した水素原子と置換しており、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基であり、
Rbn2(ここで0≦n2≦8)は、0個以上8個以下の置換基であって、それぞれ芳香環に結合した水素原子と置換しており、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基であり、
Mは金属である。] That is, the present invention provides the inventions of the following aspects.
Item 1. An optical up-conversion material that contains an optical up-conversion illuminant and a photosensitizer and is a solid.
The photosensitizer is a photo-up-conversion material having a chemical structure in which a triplet photosensitizer portion and a molecular anchor portion are connected.
Item 2. Item 2. The optical up-conversion material according to Item 1, wherein the optical up-conversion illuminant and the molecular anchor portion of the photosensitizer have a common chemical structure.
Item 3. Item 2. The optical up-conversion material according to Item 2, wherein the common chemical structure is a structure in which a plurality of benzene rings are condensed.
Item 4. The optical up-conversion material according to Item 1 to 3, wherein the structure of the molecular anchor portion of the photosensitizer is the same chemical structure as the optical up-conversion illuminant except for a connecting portion.
Item 5. Item 2. The photo-up-conversion material according to any one of Items 1 to 4, wherein the triplet photosensitizer of the photosensitizer contains a porphyrin skeleton.
Item 6. Item 2. The optical up-conversion according to any one of Items 1 to 5, wherein the triplet photosensitizer portion and the molecular anchor portion of the photosensitizer are bonded by a chemical structure having one or more carbon atoms. material.
Item 7. Items 1 to 6 in which the total ratio of the light up-conversion illuminant and the photosensitizer in the solid containing the light up-conversion illuminant and the photosensitizer is 60% by mass or more. Or the optical up-conversion material according to item 1.
Item 8. The solid containing the light up-conversion illuminant and the photosensitizer is fine particles having a particle size of 1 nm or more and 100 μm or less.
Item 2. The optical up-conversion material according to any one of Items 1 to 7, which has a structure in which the fine particles are dispersed in a medium.
Item 9. Item 2. The optical up-conversion material according to any one of Items 1 to 8, wherein the solid containing the optical up-conversion illuminant and the photosensitizer is a crystal.
Item 10. A method for converting an optical wavelength, which comprises irradiating the light up-conversion material according to any one of Items 1 to 9 with light to emit light having a wavelength shorter than that of the irradiated light.
Item 11. It is provided with a step of drying a solution containing a light up-conversion illuminant and a photosensitizer.
The photosensitizer is a method for producing a photo-up-conversion material, which has a chemical structure in which a triplet photosensitizer portion and a molecular anchor portion are connected.
Item 12. A compound represented by the following general formula (B1).
Figure 2021063169
[In the general formula (B1),
The group X is a connecting portion having a chemical structure having one or more carbon atoms bonded to the benzene ring independently of each other.
m is 1 or 2 independently of each other.
Each group Y is bonded to the group X by a wavy bond.
The bond is bonded to the fused ring of the group Y and the benzene rings at both ends bonded to the condensed ring at arbitrary positions.
The groups Y Ra 1 , Ra 2 , Ra 3 and Ra 4 are independently hydrogen atoms, alkyl groups and alkoxy groups, or Ra 1 and Ra 2 , Ra 3 and Ra 4 are A linear alkylene group having 5 to 10 carbon atoms, each linked to each other, which may have at least one bond selected from the group consisting of ether bonds, ester bonds, amide bonds and sulfide bonds.
Ran1 (here, 0 ≦ n1 ≦ 8) is 0 or more and 8 or less substituents, each of which is substituted with a hydrogen atom bonded to an aromatic ring, and is independently an alkyl group, an alkoxy group, and the like. It is a phenyl group, a hydroxyl group, or an amino group,
Rb n2 (here, 0 ≦ n2 ≦ 8) is 0 or more and 8 or less substituents, each of which is substituted with a hydrogen atom bonded to an aromatic ring, and is independently an alkyl group, an alkoxy group, and the like. It is a phenyl group, a hydroxyl group, or an amino group,
M is a metal. ]

本発明によれば、高い光アップコンバージョン収率を実現し得る、新規な固体状の光アップコンバージョン材料を提供することができる。さらに、本発明によれば、光アップコンバージョン材料の光増感剤として好適に使用し得る、新規化合物を提供することもできる。 According to the present invention, it is possible to provide a novel solid-state optical up-conversion material capable of achieving a high optical up-conversion yield. Furthermore, according to the present invention, it is also possible to provide a novel compound that can be suitably used as a photosensitizer for a light up-conversion material.

実施例1において、キャスト法で得られた、炭素数6の連結部を有する増感剤(化学式(S1)(k=4)の増感剤)をドープしたDPA(化学式(1a))結晶の顕微透過像である。左と右とは、同一試料中で場所が異なる像である。円形の部分は顕微鏡の視野である。対物レンズは20倍である。スケールバーは50μmである。In Example 1, a DPA (Chemical Formula (1a)) crystal doped with a sensitizer having a connecting portion having 6 carbon atoms (a sensitizer of the chemical formula (S1) (k = 4)) obtained by the casting method. It is a microscopic transmission image. The left and right are images in the same sample but in different locations. The circular part is the field of view of the microscope. The objective lens is 20x. The scale bar is 50 μm. 図1と同じ試料中の左右それぞれ同じ箇所の、アップコンバージョン発光画像過像である。入射波長は532nmである。スケールバーは50μmである。It is an up-conversion emission image hyperimage of the same place on the left and right in the same sample as in FIG. The incident wavelength is 532 nm. The scale bar is 50 μm. 実施例1で得られた結晶のアップコンバージョン発光のスペクトルである。励起波長は532nmである。It is a spectrum of the up-conversion emission of the crystal obtained in Example 1. The excitation wavelength is 532 nm. 図2に示した2箇所の発光画像の発光強度に対するヒストグラムと、さらに同じ試料中の他の2箇所の発光画像のヒストグラムの合計4箇所のヒストグラムを合算したものである。It is the sum of the histograms for the emission intensities of the two emission images shown in FIG. 2 and the histograms of the other two emission images in the same sample, for a total of four locations. 実施例2において、キャスト法で得られた、炭素数3の連結部を有する増感剤(化学式(S1)(k=4)の増感剤)をドープしたDPA(化学式(1a))結晶の顕微透過像である。左と右とは同一試料中で場所が異なる像である。円形の部分は顕微鏡の視野である。対物レンズは20倍である。スケールバーは50μmである。In Example 2, a DPA (Chemical Formula (1a)) crystal doped with a sensitizer having a connecting portion having 3 carbon atoms (a sensitizer of chemical formula (S1) (k = 4)) obtained by the casting method. It is a microscopic transmission image. The left and right images are images in the same sample but in different locations. The circular part is the field of view of the microscope. The objective lens is 20x. The scale bar is 50 μm. 図5と同じ試料中の左右それぞれ同じ箇所の、アップコンバージョン発光画像過像である。入射波長は532nmである。スケールバーは50μmであるIt is an up-conversion emission image hyperimage of the same place on the left and right in the same sample as in FIG. The incident wavelength is 532 nm. The scale bar is 50 μm 実施例2で得られた結晶のアップコンバージョン発光のスペクトルである。励起波長は532nmである。It is a spectrum of the up-conversion emission of the crystal obtained in Example 2. The excitation wavelength is 532 nm. 図6に示した2箇所の発光画像の発光強度に対するヒストグラムと、さらに同じ試料中の他の2箇所の発光画像のヒストグラムの合計4箇所のヒストグラムを合算したものである。It is the sum of the histograms for the emission intensities of the two emission images shown in FIG. 6 and the histograms of the other two emission images in the same sample, for a total of four locations. 比較例1において、キャスト法で得られた、分子アンカー部を有しない光増感剤(化学式(S2))をドープしたDPA(化学式(A1))結晶の顕微透過像である。左と右とは同一試料中で場所が異なる像である。円形の部分は顕微鏡の視野である。対物レンズは20倍である。スケールバーは50μmである。In Comparative Example 1, it is a microscopic transmission image of a DPA (Chemical formula (A1)) crystal obtained by a casting method and doped with a photosensitizer (Chemical formula (S2)) having no molecular anchor portion. The left and right images are images in the same sample but in different locations. The circular part is the field of view of the microscope. The objective lens is 20x. The scale bar is 50 μm. 図9と同じ試料中の左右それぞれ同じ箇所の、アップコンバージョン発光画像過像である。入射波長は532nmである。スケールバーは50μmである。It is an up-conversion emission image hyperimage of the same place on the left and right in the same sample as in FIG. The incident wavelength is 532 nm. The scale bar is 50 μm. 比較例1で得られた結晶のアップコンバージョン発光のスペクトルである。励起波長は532nmである。It is a spectrum of the up-conversion emission of the crystal obtained in Comparative Example 1. The excitation wavelength is 532 nm. 図10に示した2箇所の発光画像の発光強度に対するヒストグラムと、さらに同じ試料中の他の2箇所の発光画像のヒストグラムの合計4箇所のヒストグラムを合算したものである。It is the sum of the histograms for the emission intensities of the two emission images shown in FIG. 10 and the histograms of the other two emission images in the same sample, for a total of four locations. 実施例3において、キャスト法で得られた、炭素数6の連結部を有する増感剤(化学式(S1)(k=4)の増感剤)をドープしたC7-sDPA(化学式(1b))結晶の顕微透過像である。左と右とは、同一試料中で場所が異なる像である。円形の部分は顕微鏡の視野である。対物レンズは20倍である。スケールバーは50μmである。In Example 3, a C7-sDPA (chemical formula (1b)) doped with a sensitizer having a connecting portion having 6 carbon atoms (a sensitizer of the chemical formula (S1) (k = 4)) obtained by the casting method. It is a microscopic transmission image of a crystal. The left and right are images in the same sample but in different locations. The circular part is the field of view of the microscope. The objective lens is 20x. The scale bar is 50 μm. 図13と同じ試料中の左右それぞれ同じ箇所の、アップコンバージョン発光画像過像である。入射波長は532nmである。スケールバーは50μmである。It is an up-conversion emission image hyperimage of the same place on the left and right in the same sample as in FIG. The incident wavelength is 532 nm. The scale bar is 50 μm. 実施例3で得られた結晶のアップコンバージョン発光のスペクトルである。励起波長は532nmである。It is a spectrum of the up-conversion emission of the crystal obtained in Example 3. The excitation wavelength is 532 nm.

本発明の光アップコンバージョン材料は、光アップコンバージョン発光体と、光増感剤とを含み、固体である、光アップコンバージョン材料であって、光増感剤は、三重項光増感部と分子アンカー部とが連結された化学構造を有していることを特徴としている。ここで、三重項光増感部とは光励起によりその三重項状態を生成して、そのエネルギーを光アップコンバージョン発光体に移動させて、光アップコンバージョン発光体の三重項状態を生成することのできる部分的化学構造を言い、上記光増感剤分子(1A)に相当する役割を担う。また、分子アンカー部は光アップコンバージョン発光体との相溶性が高く、光アップコンバージョン発光体の結晶中に混合し得る部分的化学構造を言う。本発明の光アップコンバージョン材料は、このような構成を備えることにより、新規な固体状の光アップコンバージョン材料であって、高い光アップコンバージョン収率を実現し得る。具体的には、光アップコンバージョン発光体を主成分とするため固体中において、光アップコンバージョン発光体間の三重項エネルギーの移動が効果的に起こるとともに三重項−三重項消滅によって光アップコンバージョン発光に寄与する部分が高密度に多く存在し、高い光アップコンバージョン収率を実現し得る。以下、本発明の光アップコンバージョン材料、さらに光アップコンバージョン材料の光増感剤として好適に使用し得る、新規化合物について詳述する。 The optical up-conversion material of the present invention is a solid optical up-conversion material containing an optical up-conversion illuminant and a photosensitizer, and the photosensitizer is a triple term photosensitizer and a molecule. It is characterized by having a chemical structure in which an anchor portion is connected. Here, the triplet photosensitizer can generate the triplet state by photoexcitation and transfer the energy to the optical up-conversion illuminant to generate the triplet state of the optical up-conversion illuminant. It refers to partial chemical structures responsible for corresponding to the photosensitiser molecule (1 a). Further, the molecular anchor portion has high compatibility with the optical up-conversion illuminant, and refers to a partial chemical structure that can be mixed in the crystal of the optical up-conversion illuminant. By providing such a configuration, the optical up-conversion material of the present invention is a novel solid optical up-conversion material and can realize a high optical up-conversion yield. Specifically, since the main component is an optical up-conversion illuminant, the transfer of triplet energy between the optical up-conversion illuminants effectively occurs in the solid, and the triplet-triplet annihilation causes optical up-conversion emission. A large number of contributing portions are present at high density, and a high optical up-conversion yield can be achieved. Hereinafter, the optical up-conversion material of the present invention and a novel compound that can be suitably used as a photosensitizer for the optical up-conversion material will be described in detail.

なお、本明細書において、「〜」で結ばれた数値は、「〜」の前後の数値を下限値及び上限値として含む数値範囲を意味する。複数の下限値と複数の上限値が別個に記載されている場合、任意の下限値と上限値を選択し、「〜」で結ぶことができるものとする。 In this specification, the numerical values connected by "-" mean a numerical range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value. When a plurality of lower limit values and a plurality of upper limit values are described separately, any lower limit value and upper limit value can be selected and connected by "~".

[光アップコンバージョン発光体]
光アップコンバージョン発光体は、本発明の光増感剤の三重項エネルギーを受け取ることができ、三重項−三重項消滅によって光増感剤が吸収した光よりも短波長光を発光する機能を有する化合物であれば、特に制限されず、公知の発光体であってもよい。光アップコンバージョン発光体としては、多環芳香族化合物が挙げられる。多環芳香族化合物としては、置換基を有することがある縮合環数が3〜5の多環芳香族化合物が挙げられ、縮合環を構成する芳香環としては、例えば、ベンゼン環、シクロペンタジエニル環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、フラン環、チオフェン環、シロール環などが挙げられ、これらの中でもベンゼン環が好ましい。
[Light up-conversion illuminant]
The optical up-conversion illuminant can receive the triplet energy of the photosensitizer of the present invention, and has a function of emitting light having a shorter wavelength than the light absorbed by the photosensitizer due to the triplet-triplet annihilation. As long as it is a compound, it is not particularly limited and may be a known light emitter. Examples of the optical up-conversion illuminant include polycyclic aromatic compounds. Examples of the polycyclic aromatic compound include a polycyclic aromatic compound having a fused ring number of 3 to 5, which may have a substituent. Examples of the aromatic ring constituting the fused ring include a benzene ring and a cyclopentadi. Examples thereof include an enyl ring, a pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, a pyridazine ring, a furan ring, a thiophene ring, and a silol ring, and among these, a benzene ring is preferable.

本発明の光アップコンバージョン材料に含まれる光アップコンバージョン発光体として好ましいものうち、縮合環を構成する芳香環がベンゼン環である化合物としては、具体的は、下記一般式(A1)〜(A16)で表される化合物が挙げられる。 Among the preferable light up-conversion light emitters contained in the light up-conversion material of the present invention, the compounds in which the aromatic ring constituting the fused ring is a benzene ring are specifically described in the following general formulas (A1) to (A16). Examples thereof include compounds represented by.

Figure 2021063169
Figure 2021063169

一般式(A1)〜(A16)において、Ra1、Ra2、Ra3、及びRa4は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基であるか、又は、Ra1とRa2、Ra3とRa4が、それぞれ互いに連結して、エーテル結合、エステル結合、アミド結合及びスルフィド結合からなる群より選択された少なくとも一種の結合を有することがある炭素数が5〜10の直鎖のアルキレン基である。これらの中でも、Ra1、Ra2、Ra3、及びRa4は、全て水素原子であるか、前記アルキレン基のいずれかであることが好ましい。 In the general formulas (A1) to (A16), Ra 1 , Ra 2 , Ra 3 , and Ra 4 are independently hydrogen atoms, alkyl groups, and alkoxy groups, or Ra 1 and Ra 2 , respectively. Ra 3 and Ra 4 may each be linked to each other and have at least one bond selected from the group consisting of ether bonds, ester bonds, amide bonds and sulfide bonds. It is an alkylene group. Among these, Ra 1 , Ra 2 , Ra 3 , and Ra 4 are all preferably hydrogen atoms or either of the above-mentioned alkylene groups.

Ra1とRa2が互いに連結して形成される炭素数が5〜10の直鎖のアルキレン基である場合、Ra1とRa2とが環構造を形成する。同様に、Ra3とRa4が互いに連結して形成される炭素数が5〜10の直鎖のアルキレン基である場合、Ra3とRa4とが環構造を形成する。一般式(A1)〜(A16)において、これらの環構造を備えている場合、当該環構造が中心の縮合環を囲む構造となり、発光体間の相互作用が起こりやすくなり、光アップコンバージョン収率をより高めることが可能になるといえる(例えば、R. Sato, H. Kitoh-Nishioka, K. Kamada, T. Mizokuro, K. Kobayashi, Y. Shigeta, J. Phys. Chem. C 2018, 122, 5334-5340.)。また、Ra1、Ra2、Ra3、及びRa4を有する2つのベンゼン環は、これらのベンゼン環が中心の縮合環に結合していない場合にはラジカルが発生し易い位置に結合している。すなわち、これらの構造では、縮合環に結合した2つのベンゼン環によって、これらの位置でラジカルが発生することが阻止されている(例えば、Y. Fujiwara, R. Ozawa, D. Onuma, K. Suzuki, K. Yoza and K. Kobayashi, J. Org. Chem., 2013, 78, 2206.)。よって、ラジカル反応によって発光体同士が反応して2量体となり、光アップコンバージョン収率が低下することが、効果的に抑制されるといえる。 When Ra 1 and Ra 2 are linked to each other to form a linear alkylene group having 5 to 10 carbon atoms, Ra 1 and Ra 2 form a ring structure. Similarly, when Ra 3 and Ra 4 are linked to each other to form a linear alkylene group having 5 to 10 carbon atoms, Ra 3 and Ra 4 form a ring structure. In the general formulas (A1) to (A16), when these ring structures are provided, the ring structure surrounds the central fused ring, the interaction between the illuminants is likely to occur, and the optical up-conversion yield. (For example, R. Sato, H. Kitoh-Nishioka, K. Kamada, T. Mizokuro, K. Kobayashi, Y. Shigeta, J. Phys. Chem. C 2018, 122, 5334 -5340.). Further, the two benzene rings having Ra 1 , Ra 2 , Ra 3 , and Ra 4 are bonded at positions where radicals are likely to be generated when these benzene rings are not bonded to the central fused ring. .. That is, in these structures, two benzene rings bonded to the fused ring prevent radicals from being generated at these positions (eg, Y. Fujiwara, R. Ozawa, D. Onuma, K. Suzuki). , K. Yoza and K. Kobayashi, J. Org. Chem., 2013, 78, 2206.). Therefore, it can be said that it is effectively suppressed that the illuminants react with each other to form a dimer due to the radical reaction and the light up-conversion yield is lowered.

また、一般式(A1)〜(A16)において、Ran1(ここでn1は0以上の整数)は、n1個の置換基を表し、それぞれ芳香環に結合した水素原子と置換しており、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基である。当該置換基の最大数(すなわちn1の上限値)は構造により異なるが、n1の範囲は、例えばn1=0〜8、好ましくはn1=0(すなわち、置換基Ran1が存在しない)が挙げられる。 Further, in the general formulas (A1) to (A16), Ran1 (where n1 is an integer of 0 or more) represents n1 substituents, each of which is substituted with a hydrogen atom bonded to an aromatic ring. Independently, it is an alkyl group, an alkoxy group, a phenyl group, a hydroxyl group, or an amino group. The maximum number of the substituents (that is, the upper limit of n1) varies depending on the structure, but the range of n1 includes, for example, n1 = 0 to 8, preferably n1 = 0 (that is, the substituent Ra n1 does not exist). ..

さらに、光アップコンバージョン発光体としては、下記一般式(1a−1)〜(1a−3)、(1b−1)〜(1b−3)、(1c−1)〜(1c−3)、(1d−1)〜(1d−3)で表される化合物が特に好ましい。 Further, as the optical up-conversion illuminant, the following general formulas (1a-1) to (1a-3), (1b-1) to (1b-3), (1c-1) to (1c-3), ( The compounds represented by 1d-1) to (1d-3) are particularly preferable.

Figure 2021063169
Figure 2021063169

一般式(1a−1)〜(1a−3)、(1b−1)〜(1b−3)、(1c−1)〜(1c−3)、(1d−1)〜(1d−3)において、R11及びR12は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基を示す。R11及びR12が、それぞれ、アルキル基またはアルコキシ基である場合、炭素数としては特に制限されないが、発光体間の相互作用を起こりやすくする観点からは、好ましくは1〜10程度、より好ましくは5〜10程度が挙げられる。また、R21及びR22は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基を示す。R21及びR22が、それぞれ、アルキル基またはアルコキシ基である場合、炭素数としては特に制限されないが、発光体間の相互作用を起こりやすくする観点からは、好ましくは1〜10程度、より好ましくは5〜10程度が挙げられる。 In the general formulas (1a-1) to (1a-3), (1b-1) to (1b-3), (1c-1) to (1c-3), (1d-1) to (1d-3). , R 11 and R 12 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a phenyl group, a hydroxyl group, or an amino group. When R 11 and R 12 are alkyl groups or alkoxy groups, respectively, the number of carbon atoms is not particularly limited, but from the viewpoint of facilitating the interaction between the illuminants, it is preferably about 1 to 10, more preferably. Is about 5 to 10. Further, R 21 and R 22 independently represent a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a phenyl group, a hydroxyl group, or an amino group. When R 21 and R 22 are alkyl groups or alkoxy groups, respectively, the number of carbon atoms is not particularly limited, but from the viewpoint of facilitating the interaction between the illuminants, it is preferably about 1 to 10, more preferably. Is about 5 to 10.

光アップコンバージョン発光体の具体例としては、下記式(1a)、(1b)、(1c)、(1d)で表される化合物が挙げられる。 Specific examples of the optical up-conversion illuminant include compounds represented by the following formulas (1a), (1b), (1c), and (1d).

Figure 2021063169
Figure 2021063169

光アップコンバージョン発光体の製造方法としては、特に制限されず、例えば、特許第6455884号や特開2017−171888号公報などに記載の公知の合成方法により製造することができる。 The method for producing the optical up-conversion illuminant is not particularly limited, and for example, it can be produced by a known synthesis method described in Japanese Patent No. 6455884, JP-A-2017-171888, and the like.

後述の光アップコンバージョン材料において、本発明の光アップコンバージョン発光体は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。 In the optical up-conversion material described later, the optical up-conversion light emitter of the present invention may be used alone or in combination of two or more.

[光増感剤]
本発明の光アップコンバージョン材料には、光アップコンバージョン発光体に加えて、光増感剤が含まれる。本発明の光アップコンバージョン材料においては、通常、光アップコンバージョン発光体は量的に主成分であり、光増感剤は少量である。光増感剤は、光エネルギーを吸収して、本発明の光アップコンバージョン発光体に光エネルギーを移動させることができるものである。このように、主成分となる光アップコンバージョン発光体と共に少量の光増感剤を含む組成の固体とすることで、三重項状態による吸収されたエネルギーの蓄積と光アップコンバージョン発光に寄与する部分を多く存在させることができ、高い光アップコンバージョン収率を実現し得る。また、光増感剤から光アップコンバージョン発光体への上記エネルギー移動のためには、両者の三重項エネルギー順位が一致、もしくは前者が高くなるものを組み合わせるとが必要である。本発明において、増感剤は、三重項光増感部と分子アンカー部とが連結された化学構造を有していることを特徴としている。光増感剤が光増感剤としての機能を持つ三重項光増感部と、光アップコンバージョン発光体と親和性が高くなるように分子設計された分子アンカー部とが連結された化学構造を有していることにより、光アップコンバージョン発光体が結晶化する際に、分子アンカー部が当該結晶中に取り込まれやすく、その分子アンカー部に連結された増感剤部も同時に当該結晶に取り込まれると期待される。その結果、結晶中において光アップコンバージョン発光体と光増感剤の増感剤部とが近接した位置に存在することになり、増感剤から光アップコンバージョン発光体へのエネルギーの受け渡しを阻害無く効率的に行うことがでる。特許文献3に記載の従来の手法に比べ、マトリクスとなる主成分の光アップコンバージョン発光体との相溶性の高い分子アンカー部を増感剤に有することで、三重項増感剤部の構造が増感剤同士の凝集無く結晶構造中に取り込まれる確率が高まる。この結果、固体中において増感剤から発光体へのエネルギー移動が促進できることで、固体化時に生成する微結晶粒の多くにアップコンバージョン特性をもたせることを実現していると考えられる。
[Photosensitizer]
The optical up-conversion material of the present invention contains a photosensitizer in addition to the optical up-conversion illuminant. In the light up-conversion material of the present invention, the light up-conversion illuminant is usually the main component in quantity, and the photosensitizer is in a small amount. The photosensitizer can absorb light energy and transfer the light energy to the light up-conversion illuminant of the present invention. In this way, by forming a solid with a composition containing a small amount of photosensitizer together with the light up-conversion illuminant as the main component, the portion that contributes to the accumulation of absorbed energy and the light up-conversion light emission due to the triplet state can be obtained. Many can be present and high optical up-conversion yields can be achieved. Further, in order to transfer the energy from the photosensitizer to the light up-conversion illuminant, it is necessary to combine the two with the same triplet energy order or the former having a higher energy order. In the present invention, the sensitizer is characterized by having a chemical structure in which a triplet photosensitizer portion and a molecular anchor portion are connected. A chemical structure in which a triple-term photosensitizer, in which the photosensitizer functions as a photosensitizer, and a molecular anchor, which is molecularly designed to have a high affinity with the photo-up-conversion illuminant, are linked. By having it, when the photo-up-conversion illuminant crystallizes, the molecular anchor portion is easily incorporated into the crystal, and the sensitizer portion connected to the molecular anchor portion is also incorporated into the crystal at the same time. Is expected. As a result, the light up-conversion illuminant and the sensitizer portion of the photosensitizer are located close to each other in the crystal, and the transfer of energy from the sensitizer to the light up-conversion illuminant is not hindered. It can be done efficiently. Compared with the conventional method described in Patent Document 3, the structure of the triplet sensitizer portion is formed by having the molecular anchor portion which is highly compatible with the photo-up-conversion illuminant of the main component as a matrix in the sensitizer. The probability of being incorporated into the crystal structure without agglomeration of sensitizers increases. As a result, it is considered that the energy transfer from the sensitizer to the luminescent material can be promoted in the solid, so that many of the microcrystal grains generated at the time of solidification have up-conversion characteristics.

本発明の光増感剤としては、三重項光増感部と分子アンカー部とが連結された化学構造を有していればよいが、光アップコンバージョン発光体の結晶中に光増感剤がより取り込まれ易くするためには光増感剤の分子アンカー部は、光アップコンバージョン発光体と相溶性の高い分子構造とすることが好ましい。分子構造の類似性が高いもの同士ほど相溶性が高くなるので、光増感剤の分子アンカー部は光アップコンバージョン発光体と共通する化学構造を含んでいることが好ましい。より好ましくは、光増感剤の分子アンカー部の分子構造が光アップコンバージョン発光体の分子構造と同一の構造を含有することが望ましい。具体的には、光増感剤の分子アンカー部の構造は、光アップコンバージョン発光体と、分子アンカー部の三重項光増感部との連結部分を除き同一の化学構造であることが好ましい。なお、ここでの分子アンカー部の「連結部分」とは、光増感剤が、例えば後述の下記一般式(B)で表される化合物である場合を例に説明すると、基Yで表される分子アンカー部のうち、三重項光増感部との連結部である基Xと連結されている部分が、基Yの連結部分であり、基Y(分子アンカー部)は、この連結部分で基Xと結合していることから、1分子として存在する光アップコンバージョン発光体とは異なる構造となる。さらに、共通する化学構造はその励起三重項状態のエネルギーが励起一重項状態のエネルギーの半分程度である必要性から複数のベンゼン環が縮合した構造を含むことが好ましい。ベンゼン環の縮合の数としては、好ましくは3〜5が挙げられる。 The photosensitizer of the present invention may have a chemical structure in which the triplet photosensitizer and the molecular anchor portion are connected, but the photosensitizer is contained in the crystal of the photo-up-conversion illuminant. In order to make it easier to take in, it is preferable that the molecular anchor portion of the photosensitizer has a molecular structure having high compatibility with the photo-up-conversion illuminant. It is preferable that the molecular anchor portion of the photosensitizer contains a chemical structure common to that of the photo-up-conversion illuminant, because the higher the similarity of the molecular structures, the higher the compatibility. More preferably, it is desirable that the molecular structure of the molecular anchor portion of the photosensitizer contains the same structure as the molecular structure of the optical up-conversion illuminant. Specifically, the structure of the molecular anchor portion of the photosensitizer is preferably the same chemical structure except for the connecting portion between the optical up-conversion illuminant and the triplet photosensitizer portion of the molecular anchor portion. The "connecting portion" of the molecular anchor portion here is represented by a group Y, for example, in the case where the photosensitizer is a compound represented by the following general formula (B) described later. Of the molecular anchor portions, the portion connected to the group X, which is the connecting portion with the triplet photosensitizer portion, is the connecting portion of the group Y, and the group Y (molecular anchor portion) is the connecting portion. Since it is bonded to the group X, it has a structure different from that of the photo-up-conversion illuminant existing as one molecule. Further, the common chemical structure preferably includes a structure in which a plurality of benzene rings are condensed because the energy of the excited triplet state needs to be about half the energy of the excited singlet state. The number of condensations of the benzene ring is preferably 3 to 5.

また、光増感剤の三重項光増感部は、有機金属錯体により構成されていることが好ましい。有機金属錯体を構成する金属としては、特に制限されないが、例えば、Li、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pbなどが挙げられ、好ましくはPt、Pdが挙げられる。有機金属錯体の具体例としては、ポルフィリンまたはその置換体の金属錯体、フタロシアニンまたはその置換体の金属錯体などが挙げられ、これらの中でも好ましくはポルフィリンまたはその置換体の金属錯体が挙げられる。光増感剤の三重項光増感部は、ポルフィリン骨格を含んでいることが特に好ましい。 Further, the triplet photosensitizer portion of the photosensitizer is preferably composed of an organometallic complex. The metal constituting the organometallic complex is not particularly limited, but for example, Li, Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ru, Pd, Ag, Re, Os. , Ir, Pt, Pb and the like, preferably Pt and Pd. Specific examples of the organometallic complex include a metal complex of porphyrin or a substitute thereof, a metal complex of phthalocyanine or a substitute thereof, and among these, a metal complex of porphyrin or a substitute thereof is preferably mentioned. It is particularly preferable that the triplet photosensitizer of the photosensitizer contains a porphyrin skeleton.

光増感剤の具体例としては、下記一般式(B)で表される化合物が挙げられる。 Specific examples of the photosensitizer include compounds represented by the following general formula (B).

Figure 2021063169
Figure 2021063169

一般式(B)中、基Xは、それぞれ独立して、ベンゼン環(一般式(B)に示された4つのベンゼン環)に結合した炭素数が1以上の化学構造を有する連結部である。mは、それぞれ独立して、1又は2である。基Xの炭素数は、光アップコンバージョン発光体の結晶中に光増感剤がより取り込まれやすいことから、3以上であることが好ましく、3〜10であることが好ましく、3〜8であることがより好ましく、3〜6であることがさらに好ましい。また、合成のしやすさなどから、基Xは、1〜2のエーテル結合を有していることが好ましい。また、一般式(B)において、ベンゼン環に結合したm個の基X−Yは、それぞれ、ベンゼン環上のオルト位、メタ位、パラ位のいずれに結合していても良いが、メタ位又はパラ位に結合していることが好ましく、パラ位に結合していることがより好ましい。また、一般式(B)において、ベンゼン環に結合したm個の基X−Yは、それぞれ、1つのベンゼン環のオルト位又はメタ位に2つ結合している態様(すなわち、一般式(B)に、基X−Yが合計8つ存在する、後述の一般式(Bb)、(Bc)など)も挙げられる。一般式(B)の好ましい態様として、例えば、以下の一般式(Ba)、(Bb)、(Bc)などが挙げられる。 In the general formula (B), each group X is a connecting portion having a chemical structure having one or more carbon atoms bonded to a benzene ring (four benzene rings represented by the general formula (B)) independently of each other. .. m is 1 or 2 independently of each other. The carbon number of the group X is preferably 3 or more, preferably 3 to 10 and 3 to 8 because the photosensitizer is more easily incorporated into the crystal of the photo-up-conversion illuminant. More preferably, it is more preferably 3 to 6. Further, the group X preferably has 1 to 2 ether bonds from the viewpoint of ease of synthesis and the like. Further, in the general formula (B), the m groups XY bonded to the benzene ring may be bonded to any of the ortho-position, meta-position, and para-position on the benzene ring, respectively, but the meta-position Alternatively, it is preferably bonded to the para position, and more preferably bonded to the para position. Further, in the general formula (B), two m groups XY bonded to the benzene ring are bonded to the ortho-position or the meta-position of one benzene ring, respectively (that is, the general formula (B). ), The general formulas (Bb) and (Bc) described later, in which a total of eight groups XY exist, can also be mentioned. Preferred embodiments of the general formula (B) include, for example, the following general formulas (Ba), (Bb), (Bc) and the like.

Figure 2021063169
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Rbn2(ここで0≦n2≦8)は、0個以上の8個以下の置換基であって、それぞれ芳香環に結合した水素原子と置換しており、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基である。置換基の数の範囲(すなわちn2の範囲)は、好ましくはn2=0(すなわち、置換基Rbn2が存在しない)が挙げられる。Mは金属である。好ましいMとしては、Li、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pbなどが挙げられ、より好ましくはPt、Pdが挙げられる。 Rb n2 (here, 0 ≦ n2 ≦ 8) is 0 or more and 8 or less substituents, each of which is substituted with a hydrogen atom bonded to an aromatic ring, and is independently an alkyl group and an alkoxy group, respectively. , Phenyl group, hydroxyl group, or amino group. The range of the number of substituents (ie, the range of n2) is preferably n2 = 0 (ie, the substituent Rb n2 is absent). M is a metal. Preferred M includes Li, Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ru, Pd, Ag, Re, Os, Ir, Pt, Pb and the like. Pt and Pd are preferable.

一般式(B)で表される光増感剤において、基Yが分子アンカー部を構成しており、基Xが連結部を構成しており、基Xを介して基Yと結合されているポルフィリン骨格部分が三重項光増感部を構成している。 In the photosensitizer represented by the general formula (B), the group Y constitutes the molecular anchor portion, the group X constitutes the connecting portion, and is bonded to the group Y via the group X. The porphyrin skeleton constitutes the triplet photosensitizer.

一般式(B)において、分子アンカー部を構成する基Yは、下記一般式(A1−1)〜(A16−1)で表される構造を有することが好ましい。 In the general formula (B), the group Y constituting the molecular anchor portion preferably has a structure represented by the following general formulas (A1-1) to (A16-1).

Figure 2021063169
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基Yとしての一般式(A1−1)〜(A1−16)は、それぞれ、波線が付された結合手によって、一般式(B)の基Xと結合している。基Yにおいて、結合手は、基Yの縮合環、及び当該縮合環に結合している両端のベンゼン環の任意の位置に結合している(結合手は、縮合環又は両端のベンゼン環の水素原子と置換している)。基YのRa1、Ra2、Ra3、及びRa4は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基であるか、又は、Ra1とRa2、Ra3とRa4が、それぞれ互いに連結して、エーテル結合、エステル結合、アミド結合及びスルフィド結合からなる群より選択された少なくとも一種の結合を有することがある炭素数が5〜10の直鎖のアルキレン基である。これらの中でも、Ra1、Ra2、Ra3、及びRa4は、全て水素原子であるか、前記アルキレン基のいずれかであることが好ましい。 The general formulas (A1-1) to (A1-16) as the group Y are respectively bonded to the group X of the general formula (B) by a bond with a wavy line. In the group Y, the bond is bonded to the condensed ring of the group Y and the hydrogen of the benzene ring at both ends bonded to the condensed ring (the bond is the hydrogen of the condensed ring or the benzene ring at both ends). Replaced with an atom). Ra 1 , Ra 2 , Ra 3 and Ra 4 of the group Y are independently hydrogen atoms, alkyl groups and alkoxy groups, or Ra 1 and Ra 2 , Ra 3 and Ra 4 are respectively. A linear alkylene group having 5 to 10 carbon atoms which may be linked to each other and have at least one bond selected from the group consisting of ether bonds, ester bonds, amide bonds and sulfide bonds. Among these, Ra 1 , Ra 2 , Ra 3 , and Ra 4 are all preferably hydrogen atoms or either of the above-mentioned alkylene groups.

また、Ran1(ここで0≦n1≦8)は、0個以上の8個以下の置換基であって、それぞれ芳香環に結合した水素原子と置換しており、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基である。置換基の数の範囲(すなわちn1の範囲)は、好ましくはn1=0(すなわち、置換基Ran1が存在しない)が挙げられる。 Further, Ran1 (here, 0 ≦ n1 ≦ 8) is 0 or more and 8 or less substituents, each of which is substituted with a hydrogen atom bonded to an aromatic ring, and each of them is independently an alkyl group. It is an alkoxy group, a phenyl group, a hydroxyl group, or an amino group. The range of the number of substituents (ie, the range of n1) is preferably n1 = 0 (ie, the substituent Ra n1 is absent).

光アップコンバージョン発光体に一般式(A−1)で表される化合物を用いる場合、光アップコンバージョン発光体の結晶中に光増感剤がより取り込まれやすいことから、これらの光増感剤の中でも、基Yが一般式(A1−1)で表されるものが好ましい。すなわち、本発明の光アップコンバージョン発光材料は、一般式(A−1)で表される光アップコンバージョン発光体と、一般式(B)で表される光増感剤であって、基Yが一般式(A1−1)で表される光増感剤とを含むことが特に好ましい。 When a compound represented by the general formula (A-1) is used for the optical up-conversion illuminant, the photosensitizer is more easily incorporated into the crystals of the optical up-conversion illuminant. Of these, those in which the group Y is represented by the general formula (A1-1) are preferable. That is, the optical up-conversion light emitting material of the present invention is an optical up-conversion light emitter represented by the general formula (A-1) and a photosensitizer represented by the general formula (B), wherein the base Y is It is particularly preferable to include a photosensitizer represented by the general formula (A1-1).

本発明の光アップコンバージョン材料において、光増感剤は、1種類単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。 In the optical up-conversion material of the present invention, one type of photosensitizer may be used alone, or two or more types may be used in combination.

一般式(B)で表される化合物は、実施例に記載の合成例1,2に準拠して合成することができる。 The compound represented by the general formula (B) can be synthesized according to Synthesis Examples 1 and 2 described in Examples.

本発明の光アップコンバージョン材料に使用される光増感剤のうち、下記一般式(B1)で表される化合物は、新規な化合物である。前記の通り、当該化合物は、光アップコンバージョン発光体と共に用いられることにより、光アップコンバージョン材料の光増感剤として好適に機能する。その際、光アップコンバージョン発光体は一般式(A−1)であるものを用いるのがより好ましい。 Among the photosensitizers used in the photo-up-conversion material of the present invention, the compound represented by the following general formula (B1) is a novel compound. As described above, the compound preferably functions as a photosensitizer for an optical up-conversion material when used in combination with an optical up-conversion illuminant. At that time, it is more preferable to use an optical up-conversion light emitter having the general formula (A-1).

Figure 2021063169
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一般式(B1)において、基X、m、Rbn2、及びMは、それぞれ、前記一般式(B)と同一であり、基Yは、前記一般式(B)の基Yのうち、一般式(A1−1)で表されるものである。基YのRa1、Ra2、Ra3、及びRa4、Ran1は、それぞれ、前記の通りである。 In the general formula (B1), the groups X, m, Rb n2 , and M are the same as the general formula (B), respectively, and the group Y is the general formula among the groups Y of the general formula (B). It is represented by (A1-1). Ra 1, Ra 2 , Ra 3 , and Ra 4 , Ra n 1 of the group Y are as described above, respectively.

一般式(B1)で表される化合物は、実施例に記載の合成例1,2に準拠して合成することができる。 The compound represented by the general formula (B1) can be synthesized according to Synthesis Examples 1 and 2 described in Examples.

本発明の光アップコンバージョン材料において、光アップコンバージョン発光体と光増感剤との配合割合(モル比)としては、特に制限されないが、アップコンバージョン発光量子収率を効果的に高める観点から、光増感剤1モルに対して、光アップコンバージョン発光体を10〜100000モル程度とすることが好ましく、1000〜30000モル程度とすることがより好ましく、3000〜10000モル程度とすることがさらに好ましい。 In the optical up-conversion material of the present invention, the compounding ratio (molar ratio) of the optical up-conversion illuminant and the photosensitizer is not particularly limited, but from the viewpoint of effectively increasing the up-conversion emission quantum yield, light is used. The amount of the light up-conversion illuminant is preferably about 10 to 100,000 mol, more preferably about 1,000 to 30,000 mol, and even more preferably about 3,000 to 10,000 mol with respect to 1 mol of the sensitizer.

本発明の光アップコンバージョン材料において、前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤とを含む前記固体中、前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤との合計割合としては、特に制限されないが、アップコンバージョン発光量子収率を効果的に高める観点から、好ましくは60質量%以上、より好ましくは90質量%以上が挙げられる。 In the optical up-conversion material of the present invention, the total ratio of the optical up-conversion illuminant and the photosensitizer in the solid containing the optical up-conversion illuminant and the photosensitizer is not particularly limited. However, from the viewpoint of effectively increasing the up-conversion emission quantum yield, 60% by mass or more, more preferably 90% by mass or more can be mentioned.

また、本発明の光アップコンバージョン材料においては、アップコンバージョン発光量子収率を効果的に高める観点から、光アップコンバージョン発光体及び前記光増感剤により形成された結晶を含んでいることが好ましい。本発明の光アップコンバージョン材料においては、当該結晶になっている部分の発光効率が特に高いためである。 Further, the optical up-conversion material of the present invention preferably contains crystals formed by the optical up-conversion illuminant and the photosensitizer from the viewpoint of effectively increasing the up-conversion emission quantum yield. This is because, in the optical up-conversion material of the present invention, the luminous efficiency of the crystalline portion is particularly high.

本発明において、アップコンバージョン発光量子収率(Φuc)は、下記数式(A)によって算出される。
Φuc=2×Φstd×(Astd/Auc)×(Iuc/Istd)×(Nuc/Nstd)2 (A)
In the present invention, the up-conversion emission quantum yield (Φuc) is calculated by the following mathematical formula (A).
Φuc = 2 × Φstd × (Astd / Auc) × (Iuc / Istd) × (Nuc / Nstd) 2 (A)

上記式において、係数の2は最大の発光量子収率を1とするために導入される係数である。Φstdは標準物質の発光収率であり、その値は既知である。Astd及びAucは、それぞれ標準物質及び被測定試料の励起波長における吸光度である。また、Istd及びIucは、それぞれ標準物質及び被測定試料の発光強度を発光体全域にわたる波長で積分した積分発光強度である。特に、アップコンバージョン用の被測定試料については、励起光よりも短波長のアップコンバージョン発光帯についての積分発光強度である。また、Nstd及びNucは、それぞれ標準物質及び被測定試料の発光波長における溶媒もしくは周囲媒体の屈折率である。 In the above equation, the coefficient 2 is a coefficient introduced to set the maximum emission quantum yield to 1. Φstd is the emission yield of the standard substance, and its value is known. Astd and Auc are the absorbances of the standard substance and the sample under test at the excitation wavelength, respectively. In addition, Istd and Iuc are integrated emission intensities obtained by integrating the emission intensities of the standard substance and the sample to be measured at wavelengths over the entire light emitter, respectively. In particular, for the sample to be measured for up-conversion, the integrated emission intensity for the up-conversion emission band having a wavelength shorter than that of the excitation light. Further, Nstd and Nuc are the refractive indexes of the solvent or the ambient medium at the emission wavelengths of the standard substance and the sample to be measured, respectively.

標準物質としては、被測定試料と同じ波長および光学配置で励起できるものであり、かつその信頼できる蛍光量子収率が報告されているものであれば利用することができる。例えば、後述の実施例においては、ローダミン101のエチレングリコール溶液(100μM)を標準物質として用い、その蛍光量子収率0.94をΦstdとして用いた。この蛍光量子収率の値は、更にローダミン101のエタノール希薄溶液を標準物質としても、論文「C. Wurth, C. Lochmann, M. Spieles, J. Pauli, K. Hoffmann, T. Schuttrigkeit, T. Franzl, U. Resch-Genger, Appl. Spectroscop. 2010, 64, 733.」に記載の同希薄溶液の蛍光量子収率0.89を下記数式(B)におけるΦstdとして用いて決定した値である。
Φfl=Φstd×(Astd/Auc)×(Iuc/Istd)×(Nuc/Nstd)2 (B)
As a standard substance, any substance that can be excited at the same wavelength and optical arrangement as the sample to be measured and whose reliable fluorescence quantum yield has been reported can be used. For example, in the examples described later, an ethylene glycol solution (100 μM) of rhodamine 101 was used as a standard substance, and its fluorescence quantum yield of 0.94 was used as Φstd. This fluorescence quantum yield value is based on the article "C. Wurth, C. Lochmann, M. Spieles, J. Pauli, K. Hoffmann, T. Schuttrigkeit, T. Schuttrigkeit, T. Franzl, U. Resch-Genger, Appl. Spectroscop. 2010, 64, 733. ”, The fluorescence quantum yield of the dilute solution is 0.89, which is a value determined by using Φstd in the following formula (B).
Φfl = Φstd × (Astd / Auc) × (Iuc / Istd) × (Nuc / Nstd) 2 (B)

また、論文「Shiina, S. Oishi, S. Tobita, Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 9850.」に記載の方法により、ローダミン101のエチレングリコール溶液(100μM)を直接測定することによって得られた値とも3%の誤差内で一致した。 In addition, by directly measuring the ethylene glycol solution (100 μM) of Rhodamine 101 by the method described in the paper “Shiina, S. Oishi, S. Tobita, Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 9850.” It also matched the obtained values within an error of 3%.

本発明の光アップコンバージョン材料が固体である温度は、使用時に固体であれば特に制限されず、少なくとも、125℃において固体である。 The temperature at which the optical up-conversion material of the present invention is solid is not particularly limited as long as it is solid at the time of use, and is solid at at least 125 ° C.

本発明の光アップコンバージョン材料の製造方法としては、特に限定されないが、光アップコンバージョン発光体と、光増感剤とを含む溶液を、乾燥させる工程を備える方法により製造することができる。このような製造方法を採用することにより、特に発光効率に優れた光アップコンバージョン材料が得られる。 The method for producing the optical up-conversion material of the present invention is not particularly limited, but it can be produced by a method including a step of drying a solution containing the optical up-conversion illuminant and a photosensitizer. By adopting such a manufacturing method, an optical up-conversion material having particularly excellent luminous efficiency can be obtained.

具体的には、前記の光増感剤を含んでおり、かつ、光アップコンバージョン発光体が高濃度、具体的には飽和濃度の10分の1以上の濃度となっており、さらには増感剤分子1モルに対して発光体分子が1000モル以上、より望ましくは3000モル以上である溶液を準備し、当該溶液から溶媒を迅速に揮発させることにより、固体形態の光アップコンバージョン材料を迅速に製造することができる。迅速に揮発させる方法としては、テトラヒドロフランのような揮発性の高い極性溶媒を用いて、濡れ性の良いガラス基板表面に滴下乾燥させるなどの方法を例示できる。このようにして、光アップコンバージョン材料を製造することにより、発光体と光増感剤との相互分散性が高い状態で素早く固体形態に移行させることが可能となる。そして、これにより、液体から固体に移行する際の発光体同士または光増感剤同士の凝集が抑制され、発光体と光増感剤とが隣接したものが、固体中に分散した形態になると考えられる。このため、光増感剤から隣接する発光体への三重項エネルギー移動が、固体中において効率的に行われ、結果として、高いアップコンバージョン発光量子収率が得られるものと考えられる。なお、特許文献2においては、光増感剤と光アップコンバージョン発光体を溶媒に溶解させた溶液を調製しているが、溶媒は乾燥させずに、当該溶液を光アップコンバージョン材料として用いている。特許文献2では、最も高いアップコンバージョン効率を実現する材料系として、溶液を想定しており、溶液からの揮発では非特許文献3に示される様に、増感剤と発光体が別々に結晶化することでアップコンバージョンが生じないことが知られていた。 Specifically, it contains the above-mentioned photosensitizer, and the light up-conversion illuminant has a high concentration, specifically, a concentration of 1/10 or more of the saturation concentration, and further sensitizes. By preparing a solution in which 1000 mol or more, more preferably 3000 mol or more, of the luminescent substance molecule is prepared with respect to 1 mol of the agent molecule, and rapidly volatilizing the solvent from the solution, the photo-up-conversion material in the solid form can be rapidly prepared. Can be manufactured. As a method for rapidly volatilizing, a method such as using a highly volatile polar solvent such as tetrahydrofuran to drop dry on the surface of a glass substrate having good wettability can be exemplified. By producing the optical up-conversion material in this way, it is possible to quickly shift to the solid form in a state where the mutual dispersibility between the light emitter and the photosensitizer is high. As a result, aggregation of the light emitters or the photosensitizers during the transition from the liquid to the solid is suppressed, and the light emitters and the photosensitizers adjacent to each other are dispersed in the solid. Conceivable. Therefore, it is considered that the triplet energy transfer from the photosensitizer to the adjacent illuminant is efficiently performed in the solid, and as a result, a high up-conversion emission quantum yield is obtained. In Patent Document 2, a solution in which a photosensitizer and a light up-conversion illuminant are dissolved in a solvent is prepared, but the solution is used as a light up-conversion material without drying the solvent. .. Patent Document 2 assumes a solution as a material system that achieves the highest up-conversion efficiency, and volatilization from the solution causes the sensitizer and the illuminant to crystallize separately, as shown in Non-Patent Document 3. It was known that this did not cause up-conversion.

溶媒としては、特に制限されず、例えば、有機溶媒、水などを用いることができる。有機溶媒の具体例としては、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−へプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等の脂肪族炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒;エチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジメトキシエタン、プロピレングリコール、ジエトキシメタン、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、グリセリン、1,2−ヘキサンジオール等の多価アルコール及びその誘導体;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、シクロヘキサノール等のアルコール系溶媒;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒;N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒が挙げられ、これらの中でも、揮発性が高いことから、好ましくはジアセトン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、ジクロロメタン、シクロヘキサンが挙げられるが、揮発条件によってはこの限りではない。溶液の乾燥は、例えば、インクジェット法、スプレードライ法などによって行うこともできる。 The solvent is not particularly limited, and for example, an organic solvent, water, or the like can be used. Specific examples of the organic solvent include nitrile solvents such as acetonitrile and benzonitrile, halogen solvents such as chloroform, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,2-trichloroethane, chlorobenzene and o-dichlorobenzene; tetrahydrofuran, Ether-based solvents such as dioxane; aromatic hydrocarbon-based solvents such as benzene, toluene, and xylene; cyclohexane, methylcyclohexane, n-pentane, n-hexane, n-heptan, n-octane, n-nonane, n-decane. Other aliphatic hydrocarbon solvents; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone; ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, ethyl cell solve acetate; ethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, Polyhydric alcohols such as ethylene glycol monomethyl ether, dimethoxyethane, propylene glycol, diethoxymethane, triethylene glycol monoethyl ether, glycerin, 1,2-hexanediol and derivatives thereof; methanol, ethanol, propanol, isopropanol, cyclohexanol, etc. Alcohol-based solvent; sulfoxide-based solvent such as dimethyl sulfoxide; amide-based solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, etc. Among these, diacetone is preferable because of its high volatile nature. , Tetrahydrofuran, chloroform, dichloromethane, cyclohexane, but this is not the case depending on the volatile conditions. The solution can be dried by, for example, an inkjet method, a spray-drying method, or the like.

本発明の光アップコンバージョン材料を、得られた微結晶粒そのまま、あるいは粉砕するなどした後、樹脂やガラスなどに含有させてもよい。樹脂としては、特に制限されず、用途に応じて適宜設定することができ、例えば、(メタ)アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、セルロース樹脂、イミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ポリ乳酸樹脂、ビニルエステル樹脂などの公知の樹脂を用いることができる。また、樹脂の形状は、特に制限されず、用途に応じて適宜設定することができ、例えば、フィルム状、シート状、繊維状などが挙げられる。 The optical up-conversion material of the present invention may be contained in a resin, glass, or the like as the obtained fine crystal grains as they are or after being pulverized. The resin is not particularly limited and can be appropriately set according to the intended use. For example, (meth) acrylic resin, polyester resin, polyurethane resin, epoxy resin, polyolefin resin, polyamide resin, polystyrene resin, cellulose resin, imide Known resins such as resins, polyvinyl chloride resins, fluororesins, silicone resins, polycarbonate resins, polysulfone resins, cyclic polyolefin resins, polylactic acid resins, and vinyl ester resins can be used. The shape of the resin is not particularly limited and can be appropriately set according to the intended use, and examples thereof include a film shape, a sheet shape, and a fibrous shape.

ガラスとしては、特に制限されず、用途に応じて適宜設定することができ、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス、アルミナケイ酸塩ガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどを用いることができる。また、ガラスの形状は、特に制限されず、用途に応じて適宜設定することができ、例えば、フィルム状、シート状、繊維状などが挙げられる。 The glass is not particularly limited and can be appropriately set according to the intended use. For example, quartz glass, borosilicate glass, soda glass, alumina silicate glass, soda lime glass, non-alkali glass and the like can be used. it can. The shape of the glass is not particularly limited and can be appropriately set according to the intended use, and examples thereof include a film shape, a sheet shape, and a fibrous shape.

さらには、本発明の光アップコンバージョン材料を、溶媒の揮発による結晶化ではなく、アップコンバージョン発光体と増感剤を含む溶液を、増感剤およびアップコンバージョン発光体に対して溶解度が低い溶媒中に急速に吐出して結晶化させる方法で得ても良い。前者に用いる溶媒は両者に溶解度の高い良溶媒であり、後者に用いる溶媒は溶解度の低い貧溶媒である。良溶媒はテトラヒドロフラン、アセトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ベンゼン、トルエン、ヘキサンなどが例示でき、貧溶媒は水が挙げられる。この方法により、本発明の光アップコンバージョン材料が、粒径1nm以上1μm未満程度の固体の微粒子として、貧溶媒中に分散した状態の溶液が得られるが、そのまま、もしくは貧溶媒を揮発させるなどをした後に、高分子あるいはガラスからなる媒質中に分散した固体材料として用いても良い。すなわち、本発明の光アップコンバージョン材料において、光アップコンバージョン発光体と光増感剤とを含む固体は、粒径が1nm〜1μm、望ましくは5nm〜500nm、より望ましくは10nm〜200nmの微粒子であり、当該微粒子が媒質(溶媒、高分子材料、ガラスなど)中に分散された構造を備えるものとすることもできる。 Furthermore, the photo-up-conversion material of the present invention is not crystallized by volatilization of the solvent, but a solution containing the up-conversion illuminant and the sensitizer is contained in a solvent having low solubility in the sensitizer and the up-conversion illuminant. It may be obtained by a method of rapidly discharging and crystallizing. The solvent used for the former is a good solvent having high solubility in both, and the solvent used for the latter is a poor solvent having low solubility. Examples of the good solvent include tetrahydrofuran, acetone, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, benzene, toluene, hexane and the like, and examples of the poor solvent include water. By this method, the optical up-conversion material of the present invention can be obtained as a solution dispersed in a poor solvent as solid fine particles having a particle size of 1 nm or more and less than 1 μm. After that, it may be used as a solid material dispersed in a medium made of polymer or glass. That is, in the optical up-conversion material of the present invention, the solid containing the optical up-conversion illuminant and the photosensitizer is fine particles having a particle size of 1 nm to 1 μm, preferably 5 nm to 500 nm, and more preferably 10 nm to 200 nm. , The fine particles may be provided with a structure in which the fine particles are dispersed in a medium (solvent, polymer material, glass, etc.).

本発明の光アップコンバージョン材料では、一般式(B1)の構造を用いる場合、吸収する光の波長が通常480〜560nm程度、好ましくは490〜510nm程度と525〜540nm程度の位置に吸収強度のピークがある。本発明の光アップコンバージョン材料では、発光する光の波長が通常400〜550nm程度、好ましくは400〜480nm程度の位置に発光強度のピークがある。また、本発明の光アップコンバージョン材料に照射する光の光照射強度(W/cm2)は、光アップコンバージョン材料の用途に応じて適宜設定することができ、例えば、0.001〜10W/cm2程度が挙げられる。 In the optical up-conversion material of the present invention, when the structure of the general formula (B1) is used, the wavelength of the absorbed light is usually about 480 to 560 nm, preferably about 490 to 510 nm and the absorption intensity peaks at about 525 to 540 nm. There is. In the optical up-conversion material of the present invention, the emission intensity peaks at a position where the wavelength of the emitted light is usually about 400 to 550 nm, preferably about 400 to 480 nm. Further, the light irradiation intensity (W / cm 2 ) of the light irradiating the light up-conversion material of the present invention can be appropriately set according to the use of the light up-conversion material, for example, 0.001 to 10 W / cm. There are about two.

本発明の光アップコンバージョン材料は、光アップコンバージョン材料に入射した波長を効率よく短波長に変換することができるため、有機太陽電池などの太陽電池、自然光照明、LED、有機EL素子、バイオマーカー、ディスプレイ、印刷、セキュリティ認証、光データ記憶装置、センサーなどの用途に好適に使用することができる。本発明の光アップコンバージョン材料は、光を照射することにより、照射した光よりも短波長の光を発光させる、光波長の変換方法として好適に使用することができる。 Since the optical up-conversion material of the present invention can efficiently convert the wavelength incident on the optical up-conversion material into a short wavelength, solar cells such as organic solar cells, natural light illumination, LEDs, organic EL elements, biomarkers, etc. It can be suitably used for applications such as displays, printing, security certification, optical data storage devices, and sensors. The optical up-conversion material of the present invention can be suitably used as a light wavelength conversion method that emits light having a wavelength shorter than that of the irradiated light by irradiating the light.

以下に、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited to the examples.

[合成例1]
下記式に示す合成経路に従い、後述の実施例1で用いた連結部の炭素数が6の光増感剤(化学式(S1)のk=4の光増感剤(Pd−TPP−OC6O−DPA))を合成した。
[Synthesis Example 1]
According to the synthetic route shown in the following formula, a photosensitizer having 6 carbon atoms in the connecting portion used in Example 1 described later (a photosensitizer having k = 4 in the chemical formula (S1) (Pd-TPP-OC6O-DPA). )) Was synthesized.

Figure 2021063169
ここで、
Figure 2021063169
である。
Figure 2021063169
here,
Figure 2021063169
Is.

合成例1の前記合成経路における各反応詳細は以下の通りである。 The details of each reaction in the synthetic pathway of Synthesis Example 1 are as follows.

(2の合成)
200mL反応ナスフラスコに1(3.00g,7.33mmol),ビス(ピナコラート)ジボロン(B2pin2)(2.22g,8.80mmol),PdCl2(dppf)・CH2Cl2(305mg,0.37mmol),KOAc(2.16g,21.99mmol)を入れAr置換し、dry−1,4−ジオキサン(80mL)を加え、遮光下80°Cで24h撹拌した。室温に戻した後、反応溶液にCH2Cl2を加えて不溶物をセライトろ過し、ろ液にCH2Cl2と水を加えCH2Cl2で抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥させた。有機層をエバポレーション後、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出:CH2Cl2:hexane=1:3,CH2Cl2only,CH2Cl2:EtOAc=3:1)で精製し、2を淡黄緑白色固体として得た(2.92g,収率87%)。
Mp = 228〜232 °C.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.27 (s, 1H), 7.72-7.57 (m, 10H), 7.52-7.47 (m, 4H), 7.36-7.32 (m, 2H), 1.31 (s,12H).
(Synthesis of 2)
1 (3.00 g, 7.33 mmol), bis (pinacolat) diboron (B 2 pin 2 ) (2.22 g, 8.80 mmol), PdCl 2 (dppf), CH 2 Cl 2 (305 mg,) in a 200 mL reaction eggplant flask. 0.37 mmol) and KOAc (2.16 g, 21.99 mmol) were added and replaced with Ar, dry-1,4-dioxane (80 mL) was added, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 24 hours under shading. After returning to room temperature, CH 2 Cl 2 is added to the reaction solution, the insoluble material is filtered through Celite, CH 2 Cl 2 and water are added to the filtrate and extracted with CH 2 Cl 2 , and the organic layer is water and saturated brine. Washed with and dried with sodium sulfate. After the organic layer is evaporated, the residue is purified by silica gel column chromatography (elution: CH 2 Cl 2 : hexane = 1: 3, CH 2 Cl 2 only, CH 2 Cl 2 : EtOAc = 3: 1). It was obtained as a pale yellowish greenish white solid (2.92 g, yield 87%).
Mp = 228 to 232 ° C.
1 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.27 (s, 1H), 7.72-7.57 (m, 10H), 7.52-7.47 (m, 4H), 7.36-7.32 (m, 2H), 1.31 (s, 12H) ).

(3の合成)
1Lの反応フラスコに2(4.00g,8.76mmol)とOxone(10.79g,17.55mmol)を入れAr置換し、ArバブリングしたTHF(240mL)、Acetone(48mL)、H2O(24mL)を加え、遮光下室温で2h撹拌した。反応溶液を開放系にして氷冷し、薬さじすり切り5杯ほどのNa224を溶かした水300mLを加え、過剰のOxoneをクエンチした。その後、反応混合物をEtOAcで抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥させた。有機層をエバポレーション後、残渣を吸着シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出:EtOAc:hexane=1:10)で精製し、3を黄色固体として得た(2.86g,収率94%)。
Mp = 225〜226 °C.
1H NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ 9.83 (d, 1H), 7.67-7.42 (m, 13H), 7.41-7.26 (m, 2H), 7.04 (dd, J = 2.4 and 9.3 Hz, 1H), 6.79 (d, J = 2.4 Hz, 1H).
(Synthesis of 3)
2 (4.00 g, 8.76 mmol) and Oxone (10.79 g, 17.55 mmol) were placed in a 1 L reaction flask, replaced with Ar, and Ar-bubbled THF (240 mL), Acetone (48 mL), H 2 O (24 mL). ) Was added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours under shading. The reaction solution was made open and ice-cooled, and 300 mL of water containing about 5 tablespoons of Na 2 S 2 O 4 was added to quench the excess Oxone. The reaction mixture was then extracted with EtOAc, the organic layer was washed with water, saturated brine and dried over sodium sulfate. After the organic layer was evaporated, the residue was purified by adsorption silica gel column chromatography (elution: EtOAc: hexane = 1:10) to give 3 as a yellow solid (2.86 g, 94% yield).
Mp = 225 to 226 ° C.
1 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ 9.83 (d, 1H), 7.67-7.42 (m, 13H), 7.41-7.26 (m, 2H), 7.04 (dd, J = 2.4 and 9.3 Hz, 1H ), 6.79 (d, J = 2.4 Hz, 1H).

(4aの合成)
50mLの反応フラスコに3(301mg,0.869mmol)とK2CO3(365mg,2.641mmol)を入れAr置換し、ArバブリングTHF(20mL)と1,6−ジヨードヘキサン(0.90mL,5.5mmol)を加え、遮光下50°Cで45h撹拌後、さらに70°Cで24h撹拌した。室温に戻した後、反応溶液にEtOAcと水を加えてEtOAcで抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥させた。有機層をエバポレーション後、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出:EtOAc:hexane=1:40,1:20)で精製し、さらにリサイクル分取HPLCにより精製し、4aを黄緑色固体として得た(355mg,収率73%)。
Mp = 138〜140 °C.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.67-7.54 (m, 9H), 7.50-7.47 (m, 4H), 7.33-7.29 (m, 2H), 7.03 (dd, J = 2.4 and 9.8 Hz, 1H), 6.85 (d, J = 2.4 Hz, 1H), 3.83 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 3.19 (t, J = 6.8 Hz, 2H), 1.86-1.81 (m, 2H), 1.78-1.71 (m, 2H), 1,47-1.41 (m, 4H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 156.19, 139.61, 139.29, 139.28, 137.36, 135.04, 131.42, 131.41, 131.16, 130.53, 128.89, 128.72, 128.52, 127.59, 127.54, 127.19, 126.56, 125.26, 124.20, 120.13, 103.73, 67.50, 33.49, 30.36, 28.92, 25.22, 7.12.
(Synthesis of 4a)
3 (301 mg, 0.869 mmol) and K 2 CO 3 (365 mg, 2.641 mmol) were placed in a 50 mL reaction flask and substituted with Ar, and Ar bubbling THF (20 mL) and 1,6-diiodohexane (0.90 mL, 0.90 mL,) were added. 5.5 mmol) was added, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 45 hours under shading, and then further stirred at 70 ° C. for 24 hours. After returning to room temperature, EtOAc and water were added to the reaction solution and extracted with EtOAc. The organic layer was washed with water and saturated brine, and dried over sodium sulfate. After the organic layer was evaporated, the residue was purified by silica gel column chromatography (elution: EtOAc: hexane = 1: 40, 1: 20) and further purified by recycling preparative HPLC to give 4a as a yellow-green solid (5a). 355 mg, yield 73%).
Mp = 138-140 ° C.
1 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 7.67-7.54 (m, 9H), 7.50-7.47 (m, 4H), 7.33-7.29 (m, 2H), 7.03 (dd, J = 2.4 and 9.8 Hz, 1H ), 6.85 (d, J = 2.4 Hz, 1H), 3.83 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 3.19 (t, J = 6.8 Hz, 2H), 1.86-1.81 (m, 2H), 1.78-1.71 (m, 2H), 1,47-1.41 (m, 4H).
13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 156.19, 139.61, 139.29, 139.28, 137.36, 135.04, 131.42, 131.41, 131.16, 130.53, 128.89, 128.72, 128.52, 127.59, 127.54, 127.19, 126.56, 125.26, 124.20, 120. , 103.73, 67.50, 33.49, 30.36, 28.92, 25.22, 7.12.

(TPP−OC6O−DPAの合成)
50mLの反応フラスコにテトラキス(4−ヒドロキシフェニル)ポルフィリン(TPP−OH)(69.5mg,0.102mmol)、4a(285mg,0.512mmol)、K2CO3(112mg,0.816mmol)を入れAr置換し、dry−DMF(10mL)を加え、遮光下40°Cで48h、60°Cで68h、80°Cで6h撹拌した。室温に戻した後、反応溶液からDMFを留去し、残渣にCH2Cl2を加えてろ過した。ろ液にCH2Cl2と水を加え、CH2Cl2で抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥させた。有機層をエバポレーション後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出:CH2Cl2:hexane=1.5:1,2:1,3:1,5:1,CH2Cl2only,CH2Cl2:EtOAc=4:1)で精製し、さらにトルエン−ヘキサンから熱再結晶して、TPP−OC6O−DPAを赤褐色固体として得た(226mg,収率87%)。
Mp=141〜144 °C.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.86 (s, 8H), 8.11 (d, J = 8.3 Hz, 8H), 7.66-7.46 (m, 60H), 7.32-7.29 (m, 8H), 7.09 (dd, J = 2.4 and 9.3 Hz, 4H), 6.91 (d, J = 2.4 Hz, 4H), 4.26 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 3.93 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 2.02-1.97 (m, 8H), 1.89-1.86 (m, 8H), 1.68-1.61 (m, 16H), -2.75 (s, 2H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 159.03, 156.26, 139.62, 139.28, 137.36, 135.74, 135.04, 134.65, 131.42, 131.41, 131.19, 130.53, 128.91, 128.74, 128.70, 128.50, 127.56, 127.17, 126.59, 126.56, 125.26, 124.18, 120.20, 119.92, 112.82, 103.75, 68.25, 67.65, 29.57, 29.18, 26.21, 26.17.
(Synthesis of TPP-OC6O-DPA)
Tetrakis (4-hydroxyphenyl) porphyrin (TPP-OH) (69.5 mg, 0.102 mmol), 4a (285 mg, 0.512 mmol), K 2 CO 3 (112 mg, 0.816 mmol) was placed in a 50 mL reaction flask. After Ar substitution, dry-DMF (10 mL) was added, and the mixture was stirred at 40 ° C for 48 hours, 60 ° C for 68 hours, and 80 ° C for 6 hours under shading. After returning to room temperature, DMF was distilled off from the reaction solution, CH 2 Cl 2 was added to the residue, and the mixture was filtered. CH 2 Cl 2 and water were added to the filtrate , extracted with CH 2 Cl 2 , the organic layer was washed with water and saturated brine, and dried over sodium sulfate. After evaporating the organic layer, silica gel column chromatography (elution: CH 2 Cl 2 : hexane = 1.5: 1,2: 1,3: 1,5: 1, CH 2 Cl 2 only, CH 2 Cl 2 : Purification with EtOAc = 4: 1) was further thermally recrystallized from toluene-hexane to give TPP-OC6O-DPA as a reddish brown solid (226 mg, 87% yield).
Mp = 141-144 ° C.
1 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.86 (s, 8H), 8.11 (d, J = 8.3 Hz, 8H), 7.66-7.46 (m, 60H), 7.32-7.29 (m, 8H), 7.09 ( dd, J = 2.4 and 9.3 Hz, 4H), 6.91 (d, J = 2.4 Hz, 4H), 4.26 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 3.93 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 2.02- 1.97 (m, 8H), 1.89-1.86 (m, 8H), 1.68-1.61 (m, 16H), -2.75 (s, 2H).
13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 159.03, 156.26, 139.62, 139.28, 137.36, 135.74, 135.04, 134.65, 131.42, 131.41, 131.19, 130.53, 128.91, 128.74, 128.70, 128.50, 127.56, 127.17, 126.59, 126.56 , 125.26, 124.18, 120.20, 119.92, 112.82, 103.75, 68.25, 67.65, 29.57, 29.18, 26.21, 26.17.

(Pd−TPP−OC6O−DPAの合成)
100mLの反応フラスコにTPP−OC6O−DPA(50.2mg,0.0210mmol)とPdCl2(8.32mg,0.0469mmol)を入れAr置換し、dry−ベンゾニトリル(50mL)を加え、遮光下170°Cで2h撹拌した。室温に戻した後、反応溶液からベンゾニトリルを留去し、残渣をhexaneで洗った後、残渣にCH2Cl2と水を加え、CH2Cl2で抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥させた。有機層をエバポレーション後、残渣を吸着シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出:CH2Cl2:hexane=1:1,CH2Cl2only)で精製し、さらにCH2Cl2−ヘキサンから再沈殿して、Pd−TPP−OC6O−DPAを橙色固体として得た(47.9mg,収率91%)。
Mp= 161〜164 °C.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.83 (s, 8H), 8.05 (d, J = 8.8 Hz, 8H), 7.66-7.46 (m, 60H), 7.34-7.30 (m, 8H), 7.08 (dd, J = 2.4 and 9.8 Hz, 4H), 6.91 (d, J = 2.4 Hz, 4H), 4.25 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 3.93 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 2.02-1.97 (m, 8H), 1.89-1.85 (m, 8H), 1.69-1.59 (m, 16H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 158.70, 155.94, 141.70, 139.31, 138.95, 137.04, 134.95, 134.73, 133.89, 131.09, 130.88s, 130.71, 130.22, 128.60, 128.42, 128.39, 128.19, 127.25, 126.86, 126.27, 126.25, 124.93, 123.86, 121.25, 119.88, 112.52, 103.45, 67.93, 67.34, 29.25, 28.86, 25.88, 25.85.
(Synthesis of Pd-TPP-OC6O-DPA)
TPP-OC6O-DPA (50.2 mg, 0.0210 mmol) and PdCl 2 (8.32 mg, 0.0469 mmol) were placed in a 100 mL reaction flask, replaced with Ar, dry-benzonitrile (50 mL) was added, and 170 under shading. The mixture was stirred at ° C for 2 hours. After returning to room temperature, benzonitrile was distilled off from the reaction solution, the residue was washed with hexane, CH 2 Cl 2 and water were added to the residue, extracted with CH 2 Cl 2 , and the organic layer was made of water and saturated brine. It was washed with water and dried over sodium sulfate. After the organic layer is evaporated, the residue is purified by adsorption silica gel column chromatography (elution: CH 2 Cl 2 : hexane = 1: 1, CH 2 Cl 2 only), and further reprecipitated from CH 2 Cl 2 -hexane. , Pd-TPP-OC6O-DPA was obtained as an orange solid (47.9 mg, yield 91%).
Mp = 161-164 ° C.
1 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.83 (s, 8H), 8.05 (d, J = 8.8 Hz, 8H), 7.66-7.46 (m, 60H), 7.34-7.30 (m, 8H), 7.08 ( dd, J = 2.4 and 9.8 Hz, 4H), 6.91 (d, J = 2.4 Hz, 4H), 4.25 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 3.93 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 2.02- 1.97 (m, 8H), 1.89-1.85 (m, 8H), 1.69-1.59 (m, 16H).
13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 158.70, 155.94, 141.70, 139.31, 138.95, 137.04, 134.95, 134.73, 133.89, 131.09, 130.88s, 130.71, 130.22, 128.60, 128.42, 128.39, 128.19, 127.25, 126.86, 126.27, 126.25, 124.93, 123.86, 121.25, 119.88, 112.52, 103.45, 67.93, 67.34, 29.25, 28.86, 25.88, 25.85.

[合成例2]
下記式に示す合成経路に従い、後述の実施例2で用いた連結部の炭素数が3の光増感剤(化学式(S1)のk=1の光増感剤(Pd−TPP−OC3O−DPA))を合成した。
[Synthesis Example 2]
According to the synthetic route shown in the following formula, a photosensitizer having 3 carbon atoms in the connecting portion used in Example 2 described later (a photosensitizer (Pd-TPP-OC3O-DPA) having k = 1 in the chemical formula (S1)). )) Was synthesized.

Figure 2021063169
ここで、
Figure 2021063169
である。
Figure 2021063169
here,
Figure 2021063169
Is.

合成例2の前記合成経路における各反応詳細は以下の通りである。 The details of each reaction in the synthetic route of Synthesis Example 2 are as follows.

(4bの合成)
200mL反応ナスフラスコに3(1.00g,2.89mmol)とK2CO3(1.20g,8.67mmol)を入れAr置換し、dry−THF(10mL)と1,3−ジブロモプロパン(1.80mL,17.70mmol)を加え、遮光下70°Cで88h撹拌した。室温に戻した後、反応溶液にCH2Cl2と水を加えCH2Cl2で抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥させた。有機層をエバポレーション後、残渣を吸着シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出:CH2Cl2:hexane=1:10,1:7)で精製し、4bを黄緑色固体として得た(1.17g,収率87%)。
Mp = 129〜133 °C.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.67-7.53 (m, 9H), 7.50-7.47 (m, 4H), 7.33-7.29 (m, 2H), 7.02 (dd, J = 2.4 and 9.8 Hz, 1H), 6.88 (d, J = 2.4 Hz, 1H), 3.98 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 3.57 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 2.27 (quint, J = 6.3 Hz, 2H).
(Synthesis of 4b)
Put 3 (1.00 g, 2.89 mmol) and K 2 CO 3 (1.20 g, 8.67 mmol) in a 200 mL reaction eggplant flask and replace them with Ar, and dry-THF (10 mL) and 1,3-dibromopropane (1). .80 mL, 17.70 mmol) was added, and the mixture was stirred at 70 ° C. for 88 hours under shading. After returning to room temperature, CH 2 Cl 2 and water were added to the reaction solution, extracted with CH 2 Cl 2 , the organic layer was washed with water and saturated brine, and dried over sodium sulfate. After evaporation of the organic layer, the residue was purified by adsorption silica gel column chromatography (elution: CH 2 Cl 2 : hexane = 1:10, 1: 7) to give 4b as a yellow-green solid (1.17 g, yield). Rate 87%).
Mp = 129 to 133 ° C.
1 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 7.67-7.53 (m, 9H), 7.50-7.47 (m, 4H), 7.33-7.29 (m, 2H), 7.02 (dd, J = 2.4 and 9.8 Hz, 1H ), 6.88 (d, J = 2.4 Hz, 1H), 3.98 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 3.57 (t, J = 6.3 Hz, 2H), 2.27 (quint, J = 6.3 Hz, 2H).

(TPP−OC3O−DPAの合成)
50mL反応フラスコに4b(116mg,0.248mmol)、TPP−OH(33.8mg,0.0498mmol)、K2CO3(56.5mg,0.409mmol)を入れAr置換し、dry−DMF(10mL)を加え、遮光下40°Cで48h、60°Cで44h、80°Cで24h撹拌した。室温に戻した後、反応溶液からDMFを留去し、残渣にCH2Cl2を加えてろ過した。ろ液にCH2Cl2と水を加え、CH2Cl2で抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥させた。有機層をエバポレーション後、吸着シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出:CH2Cl2:hexane=1:3,1:1,CH2Cl2:EtOAc=3:1)で精製し、TPP−OC3O−DPAを赤褐色固体として得た(84.3mg,収率76%)。
Mp = 315〜318 °C.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.81 (s, 8H), 8.09 (d, J = 8.8 Hz, 8H), 7.68-7.48 (m, 60H), 7.34-7.30 (m, 8H), 7.14 (dd, J = 2.4 and 9.3 Hz, 4H) 7.00 (d, J = 2.4 Hz, 4H), 4.43 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 4.20 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 2.42 (quint, J = 6.3 Hz, 8H), -2.79 (s, 2H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 159.13, 156.42, 139.92, 139.61, 137.75, 136.03, 135.53, 135.17, 131.78, 131.48, 130.94, 129.37, 129.12, 128.86, 127.96, 127.93, 127.53, 127.01, 126.93, 125.65, 124.61, 120.38, 120.18, 113.22, 104.32, 65.23, 64.59, 29.78.
(Synthesis of TPP-OC3O-DPA)
4b (116 mg, 0.248 mmol), TPP-OH (33.8 mg, 0.0498 mmol) and K 2 CO 3 (56.5 mg, 0.409 mmol) were placed in a 50 mL reaction flask and replaced with Ar, and dry-DMF (10 mL) was added. ) Was added, and the mixture was stirred at 40 ° C for 48 hours, at 60 ° C for 44 hours, and at 80 ° C for 24 hours under shading. After returning to room temperature, DMF was distilled off from the reaction solution, CH 2 Cl 2 was added to the residue, and the mixture was filtered. CH 2 Cl 2 and water were added to the filtrate , extracted with CH 2 Cl 2 , the organic layer was washed with water and saturated brine, and dried over sodium sulfate. After the organic layer is evaporated, it is purified by adsorption silica gel column chromatography (elution: CH 2 Cl 2 : hexane = 1: 3, 1: 1, CH 2 Cl 2 : EtOAc = 3: 1) and purified by TPP-OC3O-DPA. Was obtained as a reddish brown solid (84.3 mg, yield 76%).
Mp = 315 to 318 ° C.
1 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.81 (s, 8H), 8.09 (d, J = 8.8 Hz, 8H), 7.68-7.48 (m, 60H), 7.34-7.30 (m, 8H), 7.14 ( dd, J = 2.4 and 9.3 Hz, 4H) 7.00 (d, J = 2.4 Hz, 4H), 4.43 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 4.20 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 2.42 (quint) , J = 6.3 Hz, 8H), -2.79 (s, 2H).
13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 159.13, 156.42, 139.92, 139.61, 137.75, 136.03, 135.53, 135.17, 131.78, 131.48, 130.94, 129.37, 129.12, 128.86, 127.96, 127.93, 127.53, 127.01, 126.93, 125.65 , 124.61, 120.38, 120.18, 113.22, 104.32, 65.23, 64.59, 29.78.

(Pd−TPP−OC3O−DPAの合成)
100mL反応フラスコにTPP−OC3O−DPA(90.3mg,0.0406mmol)とPdCl2(17.0mg,0.096mmol)を入れAr置換し、dry−ベンゾニトリル(60mL)を加え、遮光下170°Cで1h撹拌した。室温に戻した後、反応溶液からベンゾニトリルを留去し、残渣にCH2Cl2と水を加え、CH2Cl2で抽出し、有機層を水、飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥させた。有機層をエバポレーション後、吸着シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出:CH2Cl2:hexane=1:1,3:2,2:1,CH2Cl2only,CH2Cl2:EtOAc=3:1)で精製し、さらにCH2Cl2−ヘキサンから再沈殿して、Pd−TPP−OC3O−DPAを橙色固体として得た(70.1mg,収率74%)。
Mp = 334〜337 °C.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.78 (s, 8H), 8.03 (d, J = 8.8 Hz, 8H), 7.68-7.48 (m, 60H), 7.34-7.31(m, 8H), 7.13 (dd, J = 2.4 and 9.3 Hz, 4H), 7.00 (d, J = 2.4 Hz, 4H), 4.42 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 4.20 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 2.41 (quint, J = 6.3 Hz, 8H).
13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 158.81, 156.10, 142.00, 139.60, 139.28, 137.42, 135.23, 134.41, 131.45, 131.16, 131.00, 130.61, 129.05, 128.80, 128.54, 127.63, 127.61, 127.21, 126.69, 126.61, 125.32, 124.28, 121.48, 120.06, 112.91, 104.00, 64.90, 64.27, 29.45.
(Synthesis of Pd-TPP-OC3O-DPA)
TPP-OC3O-DPA (90.3 mg, 0.0406 mmol) and PdCl 2 (17.0 mg, 0.096 mmol) were placed in a 100 mL reaction flask, replaced with Ar, dry-benzonitrile (60 mL) was added, and 170 ° C. under shading. The mixture was stirred with C for 1 h. After returning to room temperature, benzonitrile is distilled off from the reaction solution, CH 2 Cl 2 and water are added to the residue, extracted with CH 2 Cl 2 , the organic layer is washed with water and saturated brine, and dried over sodium sulfate. I let you. After evaporating the organic layer, adsorption silica gel column chromatography (elution: CH 2 Cl 2 : hexane = 1: 1, 3: 2, 2: 1, CH 2 Cl 2 only, CH 2 Cl 2 : EtOAc = 3: 1 ), And further reprecipitated from CH 2 Cl 2 -hexane to give Pd-TPP-OC3O-DPA as an orange solid (70.1 mg, 74% yield).
Mp = 334 to 337 ° C.
1 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.78 (s, 8H), 8.03 (d, J = 8.8 Hz, 8H), 7.68-7.48 (m, 60H), 7.34-7.31 (m, 8H), 7.13 ( dd, J = 2.4 and 9.3 Hz, 4H), 7.00 (d, J = 2.4 Hz, 4H), 4.42 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 4.20 (t, J = 6.3 Hz, 8H), 2.41 ( quint, J = 6.3 Hz, 8H).
13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 158.81, 156.10, 142.00, 139.60, 139.28, 137.42, 135.23, 134.41, 131.45, 131.16, 131.00, 130.61, 129.05, 128.80, 128.54, 127.63, 127.61, 127.21, 126.69, 126.61 , 125.32, 124.28, 121.48, 120.06, 112.91, 104.00, 64.90, 64.27, 29.45.

[実施例1]
テトラヒドロフラン(THF)からなる媒体中に、合成例1で合成した光増感剤(下記式(S1)のk=4(連結鎖の炭素数6)で表される化学構造のもの)を加え、所定濃度溶液を調製した。次に、この所定濃度溶液に光アップコンバージョン発光体として化学式(1a)で表される化合物(DPA:ジフェニルアントラセン)の粉末を加えて、均一に溶解させ溶液を得た。これは、光増感剤の分子アンカー部の分子構造が、分子アンカー部の連結部分を除き、光アップコンバージョン発光体の分子構造と同一の構造を含有すること場合に相当する。このとき、発光体と光増感剤とのモル比は、光増感剤1モルに対して、光アップコンバージョン発光体を1000モルとし、さらに光アップコンバージョン発光体の濃度は室温(23℃)における飽和濃度とした。次に、得られた溶液をスポイトにとり、スライドガラスの表面に1滴垂らして、そのまま室温(23℃)、大気中で1分間放置して乾燥させることにより、円形に広がった固体試料を得た。なお、円形に広がっている部分の直径は、約2cmであった。
[Example 1]
The photosensitizer synthesized in Synthesis Example 1 (the one having a chemical structure represented by k = 4 (the number of carbon atoms in the linking chain is 6) of the following formula (S1)) is added to a medium made of tetrahydrofuran (THF). A predetermined concentration solution was prepared. Next, a powder of a compound (DPA: diphenylanthracene) represented by the chemical formula (1a) was added to this predetermined concentration solution as a light up-conversion illuminant, and the solution was uniformly dissolved to obtain a solution. This corresponds to the case where the molecular structure of the molecular anchor portion of the photosensitizer contains the same structure as the molecular structure of the optical up-conversion illuminant except for the connecting portion of the molecular anchor portion. At this time, the molar ratio of the luminescent material to the photosensitizer was 1000 mol of the light up-conversion illuminant with respect to 1 mol of the photosensitizer, and the concentration of the light up-conversion illuminant was room temperature (23 ° C.). Was the saturation concentration in. Next, the obtained solution was taken in a dropper, dropped on the surface of a slide glass, and left as it was at room temperature (23 ° C.) for 1 minute in the air to dry, thereby obtaining a solid sample spread in a circle. .. The diameter of the circularly expanding portion was about 2 cm.

Figure 2021063169
Figure 2021063169

次に、得られた固体試料光学顕微鏡下(対物レンズ20倍)において透過像として観察した。その結果、固体試料は、種々の形状の粒状の結晶からなることが示された(図1)。さらに同一の対物レンズを通して、波長532nmの緑色のレーザー光(連続光)を顕微鏡観察視野中央にある固体試料の結晶粒に照射した(照射部位での光強度6.0W/cm2)。この状態で、固体試料からの発光を、ノッチフィルターを通してCCDカメラで所定の露出時間と感度に固定して観察すると共に、ファイバー分光器で発光スペクトル観察を行った。その結果、結晶粒が鮮やかな青色に発光していることが確認された(図2)。図2では2箇所の観測像を例示しているが、それぞれ対応する箇所の透過光学像(図1)と比較し、観測されたほぼすべての結晶が青色発光を示すことが確認された。これは図示されていない試料中の他の箇所でも同一であった。また、この青色発光箇所のスペクトル(図3)はピークが455nmであり、入射光532nmよりも短波長であるアップコンバージョン発光であることが確認された。 Next, the obtained solid sample was observed as a transmission image under an optical microscope (objective lens 20 times). As a result, it was shown that the solid sample consisted of granular crystals of various shapes (Fig. 1). Further, through the same objective lens, green laser light (continuous light) having a wavelength of 532 nm was irradiated to the crystal grains of the solid sample in the center of the field of view under the microscope (light intensity 6.0 W / cm 2 at the irradiated site). In this state, the light emitted from the solid sample was observed through a notch filter with a CCD camera fixed at a predetermined exposure time and sensitivity, and the light emission spectrum was observed with a fiber spectroscope. As a result, it was confirmed that the crystal grains emitted bright blue light (Fig. 2). Although the observed images at two locations are illustrated in FIG. 2, it was confirmed that almost all the observed crystals emit blue light by comparing with the transmitted optical images at the corresponding locations (FIG. 1). This was the same at other points in the sample not shown. Further, it was confirmed that the spectrum of the blue light emitting portion (FIG. 3) had a peak of 455 nm and was up-conversion light emission having a wavelength shorter than that of the incident light of 532 nm.

図2を以って示しているアップコンバージョン発光を示す結晶粒が多数得られている事実をより定量的尺度で示すため、図2に示している試料中の2箇所の発光画像と、さらに同一試料中の他の2箇所の発光画像について、共通する所定の最大発光強度に対して、画像の各画素の明るさ(Brightness)を16段階に分類し、明るさの各段階に属する画素数(出現頻度、Occurrence)を計数したヒストグラムを作成した。この4つの箇所の結果の平均化を行うために得られた4つのヒストグラムを明るさの段階に基づいてそれぞれの段階の出現数の平均値を取り、4箇所の平均の発光強度ヒストグラム(図4)を得た。この際、最も弱い明るさの段階(0から1)は結晶粒が存在しないために発光が全く得られない画素も含んでいるので、ヒストグラムから除外した。得られたヒストグラムは発光強度段階が強い領域(明るさ段階6から14)においても相当数の出現頻度が示され、強く発光する結晶粒が多数存在することが示された。また、顕微鏡下で、発光している微結晶粒の一つを選択し、そのアップコンバージョン発光量子収率を測定すると2.1%であった。 In order to show on a more quantitative scale the fact that a large number of crystal grains showing up-conversion luminescence shown in FIG. 2 are obtained, it is further the same as the luminescence images at two locations in the sample shown in FIG. For the other two emission images in the sample, the brightness (Brightness) of each pixel of the image is classified into 16 stages with respect to a common predetermined maximum emission intensity, and the number of pixels belonging to each stage of brightness (the number of pixels belonging to each stage of brightness (Brightness). A histogram was created in which the frequency of appearance and Occurrence) were counted. The four histograms obtained to average the results of these four locations are taken as the average value of the number of appearances in each stage based on the brightness stage, and the average emission intensity histogram of the four locations is taken (FIG. 4). ) Was obtained. At this time, the weakest brightness stage (0 to 1) included pixels in which no light emission was obtained due to the absence of crystal grains, and thus was excluded from the histogram. The obtained histogram showed a considerable number of appearance frequencies even in the region where the emission intensity stage was strong (brightness stages 6 to 14), and it was shown that a large number of crystal grains that strongly emit light were present. Moreover, when one of the crystallized grains emitting light was selected under a microscope and the up-conversion emission quantum yield was measured, it was 2.1%.

[実施例2]
光増感剤の化学式のk=1(連結鎖の炭素数3)であることを除き、実施例1と全く同一の条件で固体試料を作成し、その得られた固体試料を透過像として観察した。この場合も、光増感剤の分子アンカー部の分子構造が、分子アンカー部の連結部分を除き、光アップコンバージョン発光体の分子構造と同一の構造を含有すること場合に相当する。その結果、固体試料は種々の形状の粒状の結晶からなることが示された(図5)。さらに実施例1と同一の条件で固体試料からの発光の観察を行ったところ、観測されたほぼすべての結晶から青色発光が得られていることが確認された(図6)。また、この青色発行箇所のスペクトル(図7)はピークが445nmであり、入射光532nmよりも短波長であるアップコンバージョン発光であることが確認された。実施例1と同一の手順により、図6に示す試料中の2箇所の発光画像と、さらに同一試料中の他の2箇所の発光画像について、4箇所の平均の発光強度ヒストグラム(図8)を得た。得られたヒストグラムは発光強度段階が強い領域(明るさ段階6から14)においても相当数の出現頻度が示され、強く発光する結晶粒が多数存在することが示された。また、顕微鏡下で、発光している微結晶粒の一つを選択し、そのアップコンバージョン発光量子収率を測定すると3.0%であった。
[Example 2]
A solid sample was prepared under exactly the same conditions as in Example 1 except that the chemical formula of the photosensitizer was k = 1 (3 carbon atoms in the connecting chain), and the obtained solid sample was observed as a transmission image. did. This case also corresponds to the case where the molecular structure of the molecular anchor portion of the photosensitizer contains the same structure as the molecular structure of the optical up-conversion illuminant except for the connecting portion of the molecular anchor portion. As a result, it was shown that the solid sample consisted of granular crystals of various shapes (Fig. 5). Further, when the luminescence from the solid sample was observed under the same conditions as in Example 1, it was confirmed that blue luminescence was obtained from almost all the observed crystals (Fig. 6). Further, it was confirmed that the spectrum of the blue emission point (FIG. 7) had a peak of 445 nm and was up-conversion emission having a wavelength shorter than that of the incident light of 532 nm. By the same procedure as in Example 1, an average emission intensity histogram (FIG. 8) of four locations was obtained for the two emission images in the sample shown in FIG. 6 and the other two emission images in the same sample. Obtained. The obtained histogram showed a considerable number of appearance frequencies even in the region where the emission intensity stage was strong (brightness stages 6 to 14), and it was shown that a large number of crystal grains that strongly emit light were present. Moreover, when one of the crystallized grains emitting light was selected under a microscope and the up-conversion emission quantum yield was measured, it was 3.0%.

[比較例1]
光増感剤として、化学式(S1)の代わりに下記化学式(S2)で表される、連結部を有しない化合物を用いた以外は、実施例1と同一の方法で円形に広がった固体試料を得た。なお、円形に広がっている部分の直径は、約2cmであった。
[Comparative Example 1]
As the photosensitizer, a solid sample spread in a circle by the same method as in Example 1 except that a compound having no connecting portion represented by the following chemical formula (S2) was used instead of the chemical formula (S1). Obtained. The diameter of the circularly expanding portion was about 2 cm.

Figure 2021063169
Figure 2021063169

得られた固体試料を透過像として観察した。その結果、固体試料は、種々の形状の粒状の結晶からなることが示された(図9)。さらに実施例1と同一の条件で固体試料からの発光の観察を行った。その結果、青色に発光している結晶粒はわずかであり、ほとんどの結晶粒が発光を示さなかった(図10)。また、この青色発行箇所のスペクトル(図11)はピークが445nmであり、入射光532nmよりも短波長であるアップコンバージョン発光であることが確認された。 The obtained solid sample was observed as a transmission image. As a result, it was shown that the solid sample consisted of granular crystals of various shapes (Fig. 9). Further, the luminescence from the solid sample was observed under the same conditions as in Example 1. As a result, the number of crystal grains emitting blue light was small, and most of the crystal grains did not emit light (Fig. 10). Further, it was confirmed that the spectrum of the blue emission point (FIG. 11) had a peak of 445 nm and was up-conversion emission having a wavelength shorter than that of the incident light of 532 nm.

実施例1と同一の手順により、図9に示す試料中の2箇所の発光画像と、さらに同一試料中の他の2箇所の発光画像について、4箇所の平均の発光強度ヒストグラム(図12)を得た。得られたヒストグラムは発光強度段階が強い領域(明るさ段階6から14)には出現頻度はほぼ無く、出現頻度の殆どは発光強度が弱い段階(明るさ段階1から6)に示された。このことは、強く発光する結晶粒がほとんど存在しないことを意味している。これらの画像およびヒストグラムの結果が示すように、比較例1は同一条件の実施例1に比べて明らかに劣っており、本発明によりアップコンバージョン発光する固体が均質に得られることを示している。また、顕微鏡下で、発光している微結晶粒の一つを選択し、そのアップコンバージョン発光量子収率を測定すると0.3%であった。 By the same procedure as in Example 1, an average emission intensity histogram (FIG. 12) of four locations was obtained for the two emission images in the sample shown in FIG. 9 and the other two emission images in the same sample. Obtained. The obtained histogram showed almost no frequency of appearance in the region where the emission intensity stage was strong (brightness stages 6 to 14), and most of the appearance frequency was shown in the stage where the emission intensity was weak (brightness stages 1 to 6). This means that there are almost no crystal grains that emit strong light. As the results of these images and histograms show, Comparative Example 1 is clearly inferior to Example 1 under the same conditions, indicating that the present invention can uniformly obtain a solid that emits up-conversion light. Moreover, when one of the crystallized grains emitting light was selected under a microscope and the up-conversion emission quantum yield was measured, it was 0.3%.

[実施例3]
光アップコンバージョン発光体が化学式(1b)である環状アルコキシ鎖を持つDPA誘導体であることを除き、実施例1と全く同一の条件で固体試料を作成し、その得られた固体試料を透過像として観察した。すなわち光増感剤は構造式(S1)(k=4)のものである。この場合は、光増感剤の分子アンカー部の分子構造が光アップコンバージョン発光体の分子構造とは同一ではないが共通の構造を含有する場合に相当する。その結果、固体試料は種々の形状の粒状の結晶からなることが示された(図13)。さらに実施例1と同一の条件で固体試料からの発光の観察を行ったところ、観測されたほぼすべての結晶から青色発光が得られていることが確認された(図14)。また、この青色発光箇所のスペクトル(図15)はピークが430nmであり、入射光532nmよりも短波長であるアップコンバージョン発光であることが確認された。また、顕微鏡下で、発光している微結晶粒の一つを選択し、そのアップコンバージョン発光量子収率を測定すると1.3%であった。実施例3は、実施例1同様にほぼすべての結晶粒でアップコンバージョン発光が得られているものの発光量子収率が実施例1よりも低い。このことは、本発明の効果は光増感剤の分子アンカー部の分子構造が光アップコンバージョン発光体の分子構造とは同一ではないが共通の構造を含有する場合においても得られるが、分子アンカー部の連結部分を除き、同一の構造の場合により良い効果が得られることを示している。
[Example 3]
A solid sample was prepared under exactly the same conditions as in Example 1 except that the optical up-conversion illuminant was a DPA derivative having a cyclic alkoxy chain of the chemical formula (1b), and the obtained solid sample was used as a transmission image. Observed. That is, the photosensitizer has a structural formula (S1) (k = 4). In this case, it corresponds to the case where the molecular structure of the molecular anchor portion of the photosensitizer is not the same as the molecular structure of the optical up-conversion illuminant but contains a common structure. As a result, it was shown that the solid sample consisted of granular crystals of various shapes (Fig. 13). Further, when the luminescence from the solid sample was observed under the same conditions as in Example 1, it was confirmed that blue luminescence was obtained from almost all the observed crystals (FIG. 14). Further, it was confirmed that the spectrum of the blue light emitting portion (FIG. 15) had a peak of 430 nm and was up-conversion light emission having a wavelength shorter than that of the incident light of 532 nm. Moreover, when one of the crystallized grains emitting light was selected under a microscope and the up-conversion emission quantum yield was measured, it was 1.3%. In Example 3, up-conversion emission was obtained in almost all the crystal grains as in Example 1, but the emission quantum yield was lower than that in Example 1. This means that the effect of the present invention can be obtained even when the molecular structure of the molecular anchor portion of the photosensitizer is not the same as the molecular structure of the optical up-conversion illuminant but contains a common structure, but the molecular anchor It is shown that a better effect can be obtained in the case of the same structure except for the connecting portion of the portions.

本発明は産業上の現在用いられている波長より短波長の光を用いることで効用が生じる分野、すなわち光触媒による燃料物質生成、植物の育成促進、太陽電池の効率向上、セキュリティインク、光硬化剤の波長拡大等において利用が可能であるが、これらの例示に留まるものでは無い。 The present invention is a field in which the utility is produced by using light having a wavelength shorter than the wavelength currently used in industry, that is, fuel substance production by a photocatalyst, promotion of plant growth, improvement of solar cell efficiency, security ink, photocuring agent. Although it can be used for wavelength expansion, etc., it is not limited to these examples.

Claims (12)

光アップコンバージョン発光体と、光増感剤とを含み、固体である、光アップコンバージョン材料であって、
前記光増感剤は、三重項光増感部と分子アンカー部とが連結された化学構造を有している、光アップコンバージョン材料。
An optical up-conversion material that contains an optical up-conversion illuminant and a photosensitizer and is a solid.
The photosensitizer is a photo-up-conversion material having a chemical structure in which a triplet photosensitizer portion and a molecular anchor portion are connected.
前記光アップコンバージョン発光体と、前記光増感剤の前記分子アンカー部とは、共通する化学構造を含んでいる、請求項1に記載の光アップコンバージョン材料。 The optical up-conversion material according to claim 1, wherein the optical up-conversion illuminant and the molecular anchor portion of the photosensitizer have a common chemical structure. 前記共通する化学構造は、複数のベンゼン環が縮合した構造である、請求項2に記載の光アップコンバージョン材料。 The optical up-conversion material according to claim 2, wherein the common chemical structure is a structure in which a plurality of benzene rings are condensed. 前記光増感剤の前記分子アンカー部の構造は、前記光アップコンバージョン発光体と、連結部分を除き同一の化学構造である、請求項1〜3に記載の光アップコンバージョン材料。 The optical up-conversion material according to any one of claims 1 to 3, wherein the structure of the molecular anchor portion of the photosensitizer is the same chemical structure as the optical up-conversion illuminant except for a connecting portion. 前記光増感剤の三重項光増感部は、ポルフィリン骨格を含んでいる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。 The photo-up-conversion material according to any one of claims 1 to 4, wherein the triplet photosensitizer of the photosensitizer contains a porphyrin skeleton. 前記光増感剤の前記三重項光増感部と前記分子アンカー部とは、炭素数が1以上の化学構造により結合されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。 The photosensitizer according to any one of claims 1 to 5, wherein the triplet photosensitizer portion and the molecular anchor portion of the photosensitizer are bonded by a chemical structure having one or more carbon atoms. Conversion material. 前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤とを含む前記固体中、前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤との合計割合が、60質量%以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。 Claims 1 to 6, wherein the total ratio of the light up-conversion illuminant and the photosensitizer in the solid containing the light up-conversion illuminant and the photosensitizer is 60% by mass or more. The optical up-conversion material according to any one of the following items. 前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤とを含む前記固体は、粒径が1nm以上100μm以下の微粒子であり、
前記微粒子が媒質中に分散された構造を備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。
The solid containing the light up-conversion illuminant and the photosensitizer is fine particles having a particle size of 1 nm or more and 100 μm or less.
The optical up-conversion material according to any one of claims 1 to 7, further comprising a structure in which the fine particles are dispersed in a medium.
前記光アップコンバージョン発光体と前記光増感剤とを含む前記固体は、結晶である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料。 The light up-conversion material according to any one of claims 1 to 8, wherein the solid containing the light up-conversion illuminant and the photosensitizer is a crystal. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光アップコンバージョン材料に光を照射することにより、前記照射した光よりも短波長の光を発光させる、光波長の変換方法。 A method for converting an optical wavelength, which comprises irradiating the light up-conversion material according to any one of claims 1 to 9 with light to emit light having a wavelength shorter than that of the irradiated light. 光アップコンバージョン発光体と、光増感剤とを含む溶液を、乾燥させる工程を備えており、
前記光増感剤は、三重項光増感部と分子アンカー部とが連結された化学構造を有している、光アップコンバージョン材料の製造方法。
It is provided with a step of drying a solution containing a light up-conversion illuminant and a photosensitizer.
The photosensitizer is a method for producing a photo-up-conversion material, which has a chemical structure in which a triplet photosensitizer portion and a molecular anchor portion are connected.
下記一般式(B1)で表される化合物。
Figure 2021063169
[一般式(B1)中、
基Xは、それぞれ独立して、ベンゼン環に結合した炭素数が1以上の化学構造を有する連結部であり、
mは、それぞれ独立して、1又は2であり、
基Yは、それぞれ、波線が付された結合手によって基Xと結合しており、
前記結合手は、前記基Yの縮合環、及び当該縮合環に結合している両端のベンゼン環の任意の位置に結合しており、
前記基YのRa1、Ra2、Ra3、及びRa4は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基であるか、又は、Ra1とRa2、Ra3とRa4が、それぞれ互いに連結して、エーテル結合、エステル結合、アミド結合及びスルフィド結合からなる群より選択された少なくとも一種の結合を有することがある炭素数が5〜10の直鎖のアルキレン基であり、
Ran1(ここで0≦n1≦8)は、0個以上の8個以下の置換基であって、それぞれ芳香環に結合した水素原子と置換しており、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基であり、
Rbn2(ここで0≦n2≦8)は、0個以上の8個以下置換基であって、それぞれ芳香環に結合した水素原子と置換しており、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、水酸基、またはアミノ基であり、
Mは金属である。]
A compound represented by the following general formula (B1).
Figure 2021063169
[In the general formula (B1),
The group X is a connecting portion having a chemical structure having one or more carbon atoms bonded to the benzene ring independently of each other.
m is 1 or 2 independently of each other.
Each group Y is bonded to the group X by a wavy bond.
The bond is bonded to the fused ring of the group Y and the benzene rings at both ends bonded to the condensed ring at arbitrary positions.
The groups Y Ra 1 , Ra 2 , Ra 3 and Ra 4 are independently hydrogen atoms, alkyl groups and alkoxy groups, or Ra 1 and Ra 2 , Ra 3 and Ra 4 are A linear alkylene group having 5 to 10 carbon atoms, each linked to each other, which may have at least one bond selected from the group consisting of ether bonds, ester bonds, amide bonds and sulfide bonds.
Ran1 (here, 0 ≦ n1 ≦ 8) is 0 or more and 8 or less substituents, each of which is substituted with a hydrogen atom bonded to an aromatic ring, and is independently an alkyl group and an alkoxy group, respectively. , Phenyl group, hydroxyl group, or amino group,
Rb n2 (here, 0 ≦ n2 ≦ 8) is 0 or more and 8 or less substituents, each of which is substituted with a hydrogen atom bonded to an aromatic ring, and is independently an alkyl group, an alkoxy group, and the like. It is a phenyl group, a hydroxyl group, or an amino group,
M is a metal. ]
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