JP2021503488A - Hein electron-polarizing compounds and their capacitors - Google Patents

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Abstract

電子分極性化合物は、一般式:(I)を有する。式中、芳香族多環式共役分子コア1は自己集合して超分子構造を形成し; m個の供与性基R1及びm'個のアクセプター基R1'はコア1に結合しており; m及びm'=0、1、2、3、4、5、又は6であるが、共に0というわけではなく; p=0、1、2、3、又は4個の置換基R2(1個又は複数のイオン性基)は、直接又は結合基を介してコア1に結合している。断片NLEは、非線形分極効果を有する。自己集合電子伝導性オリゴマーのコア2の数nは、0、2、又は4とすることができ; s=0、1、2、3、又は4個のイオン性基R3はコア2に結合し; k=0、1、2、3、4、5、6、7、又は8個の抵抗性置換基R4は、超分子構造を電気的に絶縁する。The electron-polarizing compound has the general formula: (I). In the formula, the aromatic polycyclic conjugated molecular core 1 self-assembles to form a supramolecular structure; m donor groups R1 and m'acceptor groups R1'are attached to core 1; m And m'= 0, 1, 2, 3, 4, 5, or 6, but neither is 0; p = 0, 1, 2, 3, or 4 substituents R2 (1 or Multiple ionic groups) are attached to core 1 either directly or via a binding group. Fragment NLEs have a non-linear polarization effect. The number n of core 2 of the self-assembled electron conductive oligomer can be 0, 2, or 4; s = 0, 1, 2, 3, or 4 ionic groups R3 are attached to core 2. k = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8 resistant substituents R4 electrically insulate the supramolecular structure.

Description

優先権の主張
本出願は、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれている、2018年1月12日に出願した米国特許出願第15/870,504号の優先権を主張するものである。米国特許出願第15/870,504号は、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれている、2016年4月4日に出願した米国特許出願第15/090,509号、2016年5月24日に出願した米国特許出願第15/163,595号、及び2017年11月20日に出願した米国特許出願第15/818,474号の一部継続出願である。
Priority Claim This application claims priority in US Patent Application No. 15 / 870,504 filed on January 12, 2018, the entire contents of which are incorporated herein by reference. U.S. Patent Application No. 15 / 870,504, in its entirety incorporated herein by reference, U.S. Patent Application No. 15 / 090,509, filed April 4, 2016, May 24, 2016. This is a partial continuation of US Patent Application No. 15 / 163,595 filed and US Patent Application No. 15 / 818,474 filed on November 20, 2017.

本開示は一般に、電気回路の受動構成要素に関し、より詳細には、電子分極性化合物と、この材料をベースにし且つエネルギー貯蔵が意図されるキャパシターとに関する。 The present disclosure generally relates to passive components of electrical circuits, and more particularly to electron-polarizing compounds and capacitors based on this material and intended for energy storage.

キャパシターは、静電場の形でエネルギーを貯蔵するのに使用される受動電子構成要素であり、誘電体層によって離間させた1対の電極を含む。2つの電極の間に電位差がある場合、電場は誘電体層内に存在する。理想的なキャパシターは、各電極における電荷の、電極間の電位差に対する比であるキャパシタンスの単一の定数値によって、特徴付けられる。高電圧の適用例では、更に大きいキャパシターが必要である。 A capacitor is a passive electronic component used to store energy in the form of an electrostatic field and contains a pair of electrodes separated by a dielectric layer. If there is a potential difference between the two electrodes, the electric field is in the dielectric layer. An ideal capacitor is characterized by a single constant value of capacitance, which is the ratio of the charge at each electrode to the potential difference between the electrodes. Higher voltage applications require larger capacitors.

誘電体材料の1つの重要な特徴は、その破壊電場である。破壊電場は、材料が突発的故障を被り且つ電極間に電気を伝導させる、電場強度の値に該当する。ほとんどのキャパシターの幾何形状に関し、誘電体中の電場は、2つの電極間の電圧を電極間の間隔で、通常は誘電体層の厚で割ることによって、近似することができる。厚さは通常一定であるので、破壊電場ではなく破壊電圧を指すことが、より一般的である。破壊電圧を劇的に低減させ得る、多くの因子がある。特に、伝導性電極の幾何形状は、キャパシターの適用例に関して破壊電圧に影響を及ぼす重要な因子である。特に、鋭いエッジ又はポイントは、電場強度を局所的に大きく増大させ、局所破壊をもたらす可能性がある。局所破壊が任意の時点で開始されると、破壊は、対向電極に達して短絡を引き起こすまで、誘電体層内を素早く「辿る」ことになる。 One important feature of dielectric materials is their breaking electric field. The breaking electric field corresponds to the value of the electric field strength at which the material suffers a sudden failure and conducts electricity between the electrodes. For most capacitor geometries, the electric field in a dielectric can be approximated by dividing the voltage between the two electrodes by the distance between the electrodes, usually by the thickness of the dielectric layer. Since the thickness is usually constant, it is more common to refer to the breakdown voltage rather than the breakdown electric field. There are many factors that can dramatically reduce the breakdown voltage. In particular, the geometry of the conductive electrode is an important factor influencing the breakdown voltage for capacitor applications. In particular, sharp edges or points can significantly increase the electric field strength locally, resulting in local fracture. If local fracture is initiated at any time, the fracture will quickly "follow" within the dielectric layer until it reaches the counter electrode and causes a short circuit.

誘電体層の破壊は、通常、下記のように生ずる。電場の強度は、誘電体材料の原子から電子を「引き出す」のに十分高くなり、それによって一方の電極から別の電極へと電流を流す。誘電体中の不純物又は結晶構造の不完全さの存在は、半導体デバイスで観察されるような雪崩破壊をもたらす可能性がある。 Destruction of the dielectric layer usually occurs as follows. The strength of the electric field is high enough to "pull out" electrons from the atoms of the dielectric material, thereby causing current to flow from one electrode to another. The presence of impurities or crystal structure imperfections in the dielectric can result in avalanche fractures as observed in semiconductor devices.

誘電体材料の、別の重要な特徴は、その誘電率である。種々のタイプの誘電体材料がキャパシターに使用され、種々の種類のセラミックス、ポリマーフィルム、紙、及び電解キャパシターが含まれる。最も広く使用されるポリマーフィルム材料は、ポリプロピレン及びポリエステルである。誘電率の増大は、容積エネルギー密度を増大させるため、誘電率を増大させることは重要な技術的課題となる。 Another important feature of dielectric materials is their permittivity. Different types of dielectric materials are used in capacitors, including different types of ceramics, polymer films, paper, and electrolytic capacitors. The most widely used polymer film materials are polypropylene and polyester. Increasing the permittivity increases the volumetric energy density, so increasing the permittivity is an important technical issue.

有機分子の二次非線形光学(NLO)効果は、無機結晶に勝るそれらの利点に関して広範に調査されてきた。例えば研究された性質には、それらの大きな光学非線形性、超高速応答速度、高損傷閾値、及び低吸収損失等が含まれる。特に、優れた光学特性を持つ有機薄膜は、光スイッチング等の集積光学部品、データ操作、及び情報処理において、途方もない可能性がある。有機NLO分子の中では、p-電子雲の非局在化に起因したその比較的大きい分子過分極性(b)により、アゾ色素発色団が多くの研究者にとって特に興味あるものであった。それらはほとんど頻繁に、過去10年にわたり、ポリマー母材のゲストとして組み込まれ(ゲスト-ホストポリマー)又はポリマー母材にグラフト化され (官能化ポリマー) てきた。 The second-order nonlinear optical (NLO) effects of organic molecules have been extensively investigated for their advantages over inorganic crystals. For example, the properties studied include their large optical non-linearity, ultrafast response speed, high damage threshold, low absorption loss and the like. In particular, organic thin films with excellent optical properties have tremendous potential in integrated optics such as optical switching, data manipulation, and information processing. Among the organic NLO molecules, the azo dye chromophore was of particular interest to many researchers due to its relatively large molecular hyperpolarity (b) due to the delocalization of the p-electron cloud. They have almost often been incorporated as guests of polymer base materials (guest-host polymers) or grafted onto polymer base materials (functionalized polymers) over the last decade.

有機化合物の過電子分極は、Roger D. Hartman及びHerbert A. Pohl、「Hyper-electronic Polarization in Macromolecular Solids」、Journal of Polymer Science: Part A-l Vol. 6、1135〜1152頁(1968)に記載されている。過電子分極は、電荷が分子的に分離され且つ分子的に制限されたドメインにわたる、励起子の電荷対との柔軟な相互作用に起因して、電気分極外部場と見ることができる。この文献では、4種のポリアセンキノンラジカルポリマーについて調査されている。これらのポリマーは、100Hzで1800〜2400の誘電定数を有しており、100,000Hzで約58〜100に減少した。記述された材料の生成方法の本質的な欠点は、誘電定数の測定が意図される試料を形成するための、高い電圧(最大20kbar)の使用である。 The perelectron polarization of organic compounds is described in Roger D. Hartman and Herbert A. Pohl, "Hyper-electronic Polarization in Macromolecular Solids", Journal of Polymer Science: Part Al Vol. 6, pp. 1135-1152 (1968). There is. Perelectron polarization can be seen as an electrically polarized external field due to the flexible interaction of excitons with charge pairs over the molecularly separated and molecularly restricted domains. In this document, four polyacene quinone radical polymers are investigated. These polymers had a dielectric constant of 1800-2400 at 100 Hz and were reduced to about 58-100 at 100,000 Hz. An essential drawback of the described material production method is the use of high voltage (up to 20 kbar) to form the sample for which the measurement of the dielectric constant is intended.

米国特許第5,739,296号U.S. Pat. No. 5,739,296 米国特許第6,049,428号U.S. Pat. No. 6,049,428

Roger D. Hartman及びHerbert A. Pohl、「Hyper-electronic Polarization in Macromolecular Solids」、Journal of Polymer Science: Part A-l Vol. 6、1135〜1152頁(1968)Roger D. Hartman and Herbert A. Pohl, "Hyper-electronic Polarization in Macromolecular Solids", Journal of Polymer Science: Part A-l Vol. 6, pp. 1135-1152 (1968) P. Lazarev等、「X-ray Diffraction by Large Area Organic Crystalline Nano-films」、Molecular Materials、14 (4)、303〜311頁(2001)P. Lazarev et al., "X-ray Diffraction by Large Area Organic Crystalline Nano-films", Molecular Materials, 14 (4), pp. 303-311 (2001) Bobrov、「Spectral Properties of Thin Crystal Film Polarizers」、Molecular Materials、14 (3)、191〜203頁(2001)Bobrov, "Spectral Properties of Thin Crystal Film Polarizers", Molecular Materials, 14 (3), pp. 191-203 (2001)

本開示は、下記の一般式(I): The present disclosure is based on the following general formula (I):

Figure 2021503488
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を有する電子分極性化合物を提供する。 To provide an electron-polarizing compound having the above.

コア1は、二次元平坦形態及び超分子構造への自己集合性を有する芳香族多環式共役分子である。R1は、芳香族多環式共役分子(コア1)に結合された電子供与性基であり、R1'は、芳香族多環式共役分子(コア1)に結合された電子アクセプター基(electoron acceptor group)であり、mは、アクセプター基R1の数であり、m'は、供与性基R1'の数であり、m及びm'は、0、1、2、3、4、5、又は6に等しく、但しm及びm'は共に0に等しいというわけではなく、R2は、直接又は結合基を介して芳香族多環式共役分子(コア1)に結合された、イオン性液体中で使用されるイオン性化合物のクラスからの1個又は複数のイオン性基を含む置換基であり、pは、0、1、2、3、又は4に等しいイオン性基R2の数である。少なくとも1個の基R1及び/又はR1'と共にコア1を有する、NLEと印された断片は、分極の非線形効果を有する。 Core 1 is an aromatic polycyclic conjugated molecule that has two-dimensional flat morphology and self-assembly to supramolecular structures. R1 is an electron donating group attached to an aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1), and R1'is an electron acceptor group (electoron acceptor) attached to an aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1). group), m is the number of acceptor groups R1, m'is the number of donor groups R1', and m and m'are 0, 1, 2, 3, 4, 5, or 6 However, m and m'are not equal to 0, and R2 is used in an ionic liquid attached to an aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1) either directly or via a linking group. It is a substituent containing one or more ionic groups from the class of ionic compounds to be made, where p is the number of ionic groups R2 equal to 0, 1, 2, 3, or 4. Fragments marked NLE with core 1 with at least one group R1 and / or R1'have a non-linear effect of polarization.

コア2は電子伝導性オリゴマーであり、電子伝導性オリゴマーの数nは、0、2、又は4に等しい。R3は、直接又は結合基を介して電子伝導性オリゴマー(コア2)に結合された、イオン性液体中で使用されるイオン性化合物のクラスからの1個又は複数のイオン性基を含む置換基であり、sは、0、1、2、3、又は4に等しいイオン性基R3の数である。 Core 2 is an electron conductive oligomer, and the number n of electron conductive oligomers is equal to 0, 2, or 4. R3 is a substituent containing one or more ionic groups from the class of ionic compounds used in ionic liquids, which are attached to an electron conductive oligomer (core 2) either directly or via a linking group. And s is the number of ionic groups R3 equal to 0, 1, 2, 3, or 4.

R4は、直接又は結合基を介して芳香族多環式共役分子(コア1)及び/又は電子伝導性オリゴマー(コア2)に結合された、抵抗性置換基である。抵抗性置換基R4は、溶媒中の有機化合物の溶解度を提供し、超分子構造を互いに電気的に絶縁する。パラメーターkは、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しい、置換基R4の数である。 R4 is a resistant substituent attached to an aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1) and / or an electron conductive oligomer (core 2), either directly or via a linking group. The resistant substituent R4 provides the solubility of the organic compound in the solvent and electrically insulates the supramolecular structures from each other. The parameter k is the number of substituents R4 equal to 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8.

一態様では、本開示は、有機溶媒と、少なくとも1種の開示された電子分極性化合物とを含む、溶液を提供する。 In one aspect, the disclosure provides a solution comprising an organic solvent and at least one disclosed electron-polarizing compound.

別の態様では、本開示は、上記開示された電子分極性化合物の混合物を含む、結晶メタ誘電体層を提供する。少なくとも1個の基R1と共に芳香族多環式共役分子を含む非線形分極性断片は、抵抗性置換基R4によって形成された抵抗性誘電体エンベロープ内に配置され、ここで、抵抗性置換基R4は、溶媒中での有機化合物の溶解度を提供し、超分子カラム等の超分子構造を互いに電気的に絶縁する。 In another aspect, the present disclosure provides a crystalline metadielectric layer comprising a mixture of the above disclosed electron-polarizing compounds. A non-linear polarization fragment containing an aromatic polycyclic supramolecule with at least one group R1 is placed within the resistant dielectric envelope formed by the resistant substituent R4, where the resistant substituent R4 is located. Provides solubility of organic compounds in the solvent and electrically insulates supramolecular structures such as supramolecular columns from each other.

更に別の態様では、本開示は、互いに平行に位置決めされた2個の金属電極を含み、前記電極間のメタ誘電体層と共に巻回状又は平坦状及び平面状にされ得る、メタ-キャパシターであって、メタ誘電体層が1つ又は複数のタイプの開示された電子分極性を含む、メタ-キャパシターを提供する。少なくとも1個の基R1を持つ芳香族多環式共役分子、電子伝導性オリゴマー、並びに電子型及び/又はイオン型の分極率を有するイオン性基を含む非線形分極性断片は、抵抗性置換基によって形成された抵抗性誘電体エンベロープ内に配置され、ここで、抵抗性置換基は、溶媒中での有機化合物の溶解度を提供し、超分子構造を互いに電気的に絶縁する。 In yet another aspect, the present disclosure comprises two metal electrodes positioned parallel to each other and can be wound or flat and planar with a metadielectric layer between the electrodes, in a meta-capacitor. There is provided a meta-capacitor in which the meta-dielectric layer comprises one or more types of disclosed electron polarization. Non-linear polarization fragments containing aromatic polycyclic conjugated molecules with at least one group R1, electron conductive oligomers, and ionic groups with electronic and / or ionic polarizability are provided by resistant substituents. Arranged within the formed resistant dielectric envelope, where the resistant substituents provide the solubility of the organic compound in the solvent and electrically insulate the supermolecular structures from each other.

参照による組込み
本明細書で述べる全ての刊行物、特許、及び特許出願は、個々の刊行物、特許、又は特許出願のそれぞれが参照により組み込まれることを具体的に且つ個々に示される場合と同じ程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。
Incorporation by Reference All publications, patents, and patent applications described herein are the same as if each of the individual publications, patents, or patent applications is specifically and individually indicated to be incorporated by reference. To a degree, it is incorporated herein by reference.

本開示の態様による、平坦状及び平面状の電極を持つキャパシターを、概略的に示す図である。It is a figure which shows typically the capacitor which has the flat electrode and the flat electrode by the aspect of this disclosure. 本開示の別の態様による、巻回(円形)電極を持つキャパシターを、概略的に示す図である。It is a figure which shows typically the capacitor which has a wound (circular) electrode by another aspect of this disclosure. 本開示の態様による、Hein電子分極性化合物に含まれ得るリレン断片と呼ばれる構造に関して可能性ある変形例を示す、化学式を示す図である。It is a figure which shows the chemical formula which shows the possible modification with respect to the structure called the riren fragment which can be contained in a Hein electron-polarizing compound by the aspect of this disclosure.

本発明の様々な実施形態について、本明細書に示し記述してきたが、そのような実施形態は単なる例示として提供されることが当業者に明らかにされよう。数多くの変形例、変更例、及び置換例を、本発明から逸脱することなく当業者なら思い浮かべることができる。本明細書に記述される本発明の実施形態の様々な代替例を用いてもよいことを、理解されるべきである。 Although various embodiments of the present invention have been shown and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that such embodiments are provided by way of example only. A number of modifications, modifications, and substitutions can be imagined by those skilled in the art without departing from the present invention. It should be understood that various alternatives of embodiments of the invention described herein may be used.

本開示は、電子分極性化合物を提供する。芳香族多環式共役分子(コア1)における求電子基(アクセプター)及び求核基(供与体、ドナー)の存在は、共役分子における電子密度の不均一分布を促進させ: 1つの場所(供与体ゾーン)では電子が余剰であり、別の場所(アクセプターゾーン)では電子が不足する。共役分子に沿った電子密度の不均一分布に対する外部電場の影響は、誘導分極Pindをもたらす。一般的な場合、誘導分極は、局所電場Elocの強度の非線形関数である。局所電場の強度の程度に関する級数への、誘導分極の分解のいくつかのメンバーに限定することが可能である弱い非線形性の想定において、(分子の)環境の誘導分極は、下記の形:
Pind=α・Eloc+β・Eloc 2+・・・
(式中、α-線形分極率、β-平方分極率である)
と書き留めることができる。電場の小ささの想定は常に正しいわけではないが、それにも関わらず、パラメーターα及びβは、開示される化合物の分極率の定性分析に使用することができる。本開示では、開示される化合物の誘導分極を増大させる方法に、したがって線形分極率α及び平方分極率βを増大させる方法に、主な関心が払われる。そのような関心は、一定の双極子及び四極子電気モーメントが、そのような共役分子の自己集合時に相互に中和されることによって、引き起こされる。分析は、線形分極率が、分子内の平均電子密度のサイズに依存すること、及び非線形分極率が、電子密度の不均一性のサイズに依存することを示す。電子供与性基及びアクセプター基の非中心対称配置構成が、電場の存在下で化合物の電子分極の強い非線形応答をもたらす可能性があることも示される。線形分極率α及び平方分極率βに対する化学構造の影響を、以下のTable 1(表1)に示す。
The present disclosure provides electron-polarizing compounds. The presence of electrophilic groups (acceptors) and nucleophilic groups (donors, donors) in the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1) promotes a heterogeneous distribution of electron densities in the conjugated molecule: one location (donor). There is a surplus of electrons in the body zone), and there is a shortage of electrons in another place (acceptor zone). The effect of the external electric field on the heterogeneous distribution of electron densities along the conjugated molecule results in inductive polarization Pind . In general, the induced polarization is a non-linear function of the intensity of the local electric field E loc . In the assumption of weak nonlinearity, which can be limited to some members of the decomposition of the induced polarization into a series with respect to the degree of intensity of the local electric field, the induced polarization of the (molecular) environment has the form:
Pind = α ・ E loc + β ・ E loc 2 + ・ ・ ・
(In the formula, α-linear polarizability, β-square polarizability)
Can be written down. Although the assumption of small electric field is not always correct, the parameters α and β can be used for qualitative analysis of the polarizability of the disclosed compounds. In the present disclosure, the main interest is focused on the method of increasing the induced polarization of the disclosed compounds, and thus the method of increasing the linear polarizability α and the square polarizability β. Such interest is evoked by the constant dipole and quadrupole electric moments being neutralized with each other during self-assembly of such conjugated molecules. Analysis shows that linear polarizability depends on the size of the average electron density in the molecule, and nonlinear polarizability depends on the size of electron density heterogeneity. It is also shown that the non-centrally symmetric arrangement of electron-donating and acceptor groups can result in a strong non-linear response of electron polarization of the compound in the presence of an electric field. The effects of the chemical structure on the linear polarizability α and the square polarizability β are shown in Table 1 below.

Figure 2021503488
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Figure 2021503488
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本開示の本質的な特徴は、抵抗性置換基として、剛性非共役限界炭素構造を使用することである。そのような構造は、曲がる(湾曲する)可能性があり、且つその電気破壊をもたらす誘電体構造内で電子密度の確率分布をもたらす可能性がある、「脂肪」尾部(アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、フッ素化アルキル、塩素化アルキル、分枝状及び複合アルキル等)によって形成された誘電体構造とは区別される。したがって抵抗性置換基R4は、好ましくは、H及びF置換基を有するSP3炭素の稠密充填を有する、空隙/空間を最小限有するか又は有さない非共役化合物である。そうでない場合、脂肪尾部の使用は、脆い誘電体構造(フィルム、層、及びエンベロープ)の形成をもたらし得る。脆い構造には、電子密度がゼロに等しく且つ自由電子で占有され得る(電子破壊がもたらされる)局所領域(「ホール(hole)」)が存在する可能性がある。1個の分子が秩序ある構造から(結晶格子から)「取り出される」場合、分子ホール(molecular hole)の概念に入ることが可能である。この場合、空の(非占有)エネルギー準位が存在する量子物体(量子ホール、量子点)が、形成される。そのような物体の組は、電子の伝導率及び誘電体構造の電気破壊の状態を創出する。 An essential feature of the present disclosure is the use of a rigid, non-conjugated limit carbon structure as the resistant substituent. Such structures can bend (curve) and result in a probability distribution of electron densities within the dielectric structure that results in their electrical breakdown, "fat" tails (alkyl, aryl, substituted alkyl). , Substituted aryl, alkyl fluorinated, alkyl chlorinated, branched and composite alkyl, etc.) to distinguish it from the dielectric structure formed. Thus, the resistant substituent R4 is preferably a non-conjugated compound with minimal or no voids / space, with a dense packing of SP3 carbons with H and F substituents. Otherwise, the use of fat tails can result in the formation of brittle dielectric structures (films, layers, and envelopes). Fragile structures may have local regions (“holes”) where the electron density is equal to zero and can be occupied by free electrons (causing electron decay). When a molecule is "extracted" from an ordered structure (from a crystal lattice), it is possible to enter the concept of molecular holes. In this case, a quantum object (quantum hole, quantum point) in which an empty (unoccupied) energy level exists is formed. Such a set of objects creates a state of electron conductivity and electrical breakdown of the dielectric structure.

抵抗性置換基は、優先的には、一方向の長さが5〜13個の間の炭素-炭素を持つ単一の分枝鎖、及び一方向の長さが3個よりも多い環をもつ非共役縮合炭素環式鎖から選択される。 Resistant substituents preferentially have a single branched chain with carbon-carbon between 5 and 13 unidirectional lengths, and a ring with more than 3 unidirectional lengths. It is selected from non-conjugated condensed carbon ring chains.

電子伝導性オリゴマーの存在は、電子伝導性オリゴマーの電子超伝導率により、開示される電子分極性化合物の分極率の増大をもたらす。イオン性基は、開示された電子分極性化合物の分極のイオン成分を増大させる。少なくとも1個のドーパント基、電子伝導性オリゴマー、及びイオン性基を持つ芳香族多環式共役分子を含む非線形分極性断片は、抵抗性置換基によって形成された抵抗性誘電体エンベロープ内に配置され、ここで、抵抗性置換基は、溶媒中での有機化合物の溶解度を提供し、超分子構造を互いに電気的に絶縁する。抵抗性置換基は、基板上に形成された、これら電子分極性化合物の電気強度及び誘電体層の破壊電圧を増大させる。 The presence of the electron-conducting oligomer results in an increase in the polarizability of the disclosed electron-polarizing compounds due to the electron superconductivity of the electron-conducting oligomer. The ionic group increases the ionic component of the polarization of the disclosed electron-polarizing compounds. A non-linear polarization fragment containing at least one dopant group, an electron conductive oligomer, and an aromatic polycyclic conjugated molecule with an ionic group is placed within a resistant dielectric envelope formed by a resistant substituent. Here, the resistant substituents provide the solubility of the organic compound in the solvent and electrically insulate the supermolecular structures from each other. Resistive substituents increase the electrical strength of these electron-polarizing compounds and the breakdown voltage of the dielectric layer formed on the substrate.

一部の実現例において、とりわけ、芳香族多環式共役分子(コア1)は、リレン断片を含んでいてもよく、これはフェニルアミド、ナフタレンアミド、及び/又はアントラセンアミドと共役し得る。開示される電子分極性化合物の別の実施形態では、リレン断片が、Table 2(表2)に示される1から17の構造から選択される。 In some implementations, among other things, the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1) may contain a lilene fragment, which may be conjugated with a phenylamide, naphthalene amide, and / or anthracene amide. In another embodiment of the disclosed electron-polarizing compounds, the riren fragment is selected from the structures 1 to 17 shown in Table 2.

Figure 2021503488
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例として且つ限定するものではないが、電子供与性基及びアクセプター基(R1)は、求核基(供与体、ドナー)及び求電子基(アクセプター)から選択され得、m個の要素を含有する基(R1)mの(様々な) 組は、ドナー(R1')及び/又はアクセプター(R1)を含む。求電子基(アクセプター)は、-NO2、-NH3+、及び-NR3+(第四級窒素塩)、対イオンCl-又はBr-、-CHO(アルデヒド)、-CRO(ケト基)、-SO3H(スルホン酸)、-SO3R(スルホネート)、-SO2NH2(スルホンアミド)、-COOH(カルボン酸)、-COOR(エステル、カルボン酸側から)、-COCl(カルボン酸塩化物)、-CONH2(アミド、カルボン酸側から)、-CF3、-CCl3、-CN、-C(CN)2であって、Rが、アルキル(メチル、エチル、イソプロピル、tert-ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシル等)、アリル(-CH2-CH=CH2)、ベンジル(-CH2C6H5)基、フェニル(+置換フェニル)、及びその他のアリール(芳香族)基を含むリストから選択される基から選択される。求核基(ドナー)は、-O-(フェノキシド、-ONa又は-OK等)、-NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR(エーテル)、-NHCOR(アミド、アミン側から)、-OCOR(エステル、アルコール側から)、アルキル、-C6H5、ビニルであって、Rが、アルキル(メチル、エチル、イソプロピル、tert-ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシル等)、アリル(-CH2-CH=CH2)、ベンジル(-CH2C6H5)基、フェニル(+置換フェニル)、及びその他のアリール(芳香族)基を含むリストから選択された基から選択される。 By way of example and without limitation, the electron donor and acceptor groups (R1) can be selected from nucleophiles (donors, donors) and electrophilic groups (acceptors) and contain m elements. The (various) pairs of groups (R1) m include donors (R1') and / or acceptors (R1). Electrophilic group (acceptor) is, -NO 2, -NH 3 +, and -NR 3 + (quaternary nitrogen salts), counterion Cl - or Br -, -CHO (aldehyde), - CRO (keto group) , -SO 3 H (sulfonic acid), -SO 3 R (sulfonate), -SO 2 NH 2 (sulfonamide), -COOH (carboxylic acid), -COOR (ester, from the carboxylic acid side), -COCl (carboxylic acid side) Hydroate), -CONH 2 (amide, from the carboxylic acid side), -CF 3 , -CCl 3 , -CN, -C (CN) 2 , where R is alkyl (methyl, ethyl, isopropyl, tert). -Butyl, neopentyl, cyclohexyl, etc.), allyl (-CH 2 -CH = CH 2 ), benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) groups, phenyl (+ substituted phenyl), and other aryl (aromatic) groups Selected from the groups selected from the containing list. Nucleophile (donor) is, -O - (phenoxide, etc. -ONa or -OK), - NH 2, -NHR , -NR 2, -OH, -OR ( ether), - NHCOR (amide, amine side ), -OCOR (ester, from alcohol side), alkyl, -C 6 H 5 , vinyl, R is alkyl (methyl, ethyl, isopropyl, tert-butyl, neopentyl, cyclohexyl, etc.), allyl (-CH It is selected from a group selected from the list containing 2 -CH = CH 2 ), benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) groups, phenyl (+ substituted phenyl), and other aryl (aromatic) groups.

別の実施形態において、多環式芳香族コアは、横寸法〔本明細書において、化合物1〜17の平面内にあり、化合物1〜17において変更可能な長さ方向に垂直な方向として定義されている側方方向の寸法である(長さ方向の寸法は、本明細書において、縦寸法として定義される。)。〕に、同様に拡張されてもよい。そのような拡張を、図2で示す。横寸法の拡張は、コアをより平面状にし、その結果、π-π相互作用に関する表面積を大きくして、スタッキング効果を増強させる。横寸法の拡張は、隣接する分子又は置換基からの立体的影響に起因して分子がワープすることも防止する。これらの実施形態は、化合物1〜17に関して記述するように、電子供与性基及びアクセプター基を依然として保有し、抵抗性置換基として、本質的な剛性非共役限界炭素構造を依然として保有し得る。側方拡張に関するいくつかの非限定的な例を、以下に示す。 In another embodiment, the polycyclic aromatic core is defined as a lateral dimension [in the present specification, in the plane of compounds 1-17 and perpendicular to the variable length direction in compounds 1-17. The lateral dimension (the longitudinal dimension is defined herein as the vertical dimension). ], It may be extended in the same way. Such an extension is shown in Figure 2. The lateral dimension expansion makes the core more planar, resulting in greater surface area for π-π interactions and enhanced stacking effects. The lateral dimension extension also prevents the molecule from warping due to steric effects from adjacent molecules or substituents. These embodiments may still possess an electron-donating group and an acceptor group, as described for compounds 1-17, and may still possess an intrinsic rigid non-conjugated limit carbon structure as a resistant substituent. Some non-limiting examples of lateral expansion are shown below.

Figure 2021503488
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Figure 2021503488
Figure 2021503488

Figure 2021503488
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式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6は、それぞれ独立して、水素、求電子基、求核基、及び抵抗性基から選択される。一部の実施形態では、抵抗性基は、少なくとも1個の結合基を介して結合される。 In the formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 are independently selected from hydrogen, electrophilic group, nucleophilic group, and resistant group, respectively. In some embodiments, the resistant group is attached via at least one binding group.

一部の実現例では、電子分極性化合物は、下記の構造 In some implementations, the electron-polarizing compound has the following structure:

Figure 2021503488
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の形をとってもよく、式中、Raは、アルキル抵抗性基を持つ又は持たない求核物質であり、Rb及びRcは、求電子基である。そのような構造の非限定的な例には、 In the formula, R a is a nucleophile with or without an alkyl-resistant group, and R b and R c are electrophiles. Non-limiting examples of such structures include

Figure 2021503488
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の構造が含まれ、式中、R及びR'は独立して、水素、及びC1〜C18の間の範囲のアルキル基から選択される。 In the formula, R and R'are independently selected from hydrogen and alkyl groups in the range C 1 to C 18 .

開示される電子分極性化合物の、更に別の実施形態では、少なくとも1個の結合基が、Table 4(表4)に示される構造18〜35を含むリストから選択され、ここで、Xは水素(H)又はアルキル基である。 In yet another embodiment of the disclosed electron-polarizing compounds, at least one linking group is selected from the list containing structures 18-35 shown in Table 4, where X is hydrogen. (H) or alkyl group.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Figure 2021503488
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本開示の一実施形態では、少なくとも1個の結合基は、CH2、CF2、SiR2O、CH2CH2Oの群から選択され、式中、Rは、H、アルキル、及びフッ素を含むリストから選択される。 In one embodiment of the disclosure, at least one binding group is selected from the group CH 2 , CF 2 , SiR 2 O, CH 2 CH 2 O, where R is H, alkyl, and fluorine. Selected from the list that contains.

本開示の更に別の実施形態では、抵抗性置換基R4は、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、フッ素化アルキル、塩素化アルキル、分枝状及び複合アルキル、分枝状及び複合フッ素化アルキル、分枝状及び複合塩素化アルキル基、及びこれらの任意の組合せの群から選択され、ここでアルキル基は、メチル、エチル、プロピル、n-ブチル、イソブチル、及びtert-ブチル基から選択され、アリール基は、フェニル、ベンジル、及びナフチル基、又はシロキサン、及び/又はポリエチレングリコールの直鎖又は分枝鎖のものから選択される。本開示の更に別の実施形態では、抵抗性置換基R4がCXQ2X+1であり、式中、X≧1であり、Qは水素(H)、フッ素(F)、又は塩素(Cl)である。 In yet another embodiment of the disclosure, the resistant substituent R4 is an alkyl, aryl, substituted alkyl, substituted aryl, fluorinated alkyl, chlorinated alkyl, branched and composite alkyl, branched and composite fluorinated alkyl. , Branched and complex chlorinated alkyl groups, and any combination thereof, wherein the alkyl group is selected from methyl, ethyl, propyl, n-butyl, isobutyl, and tert-butyl groups. Aryl groups are selected from phenyl, benzyl and naphthyl groups, or siloxane and / or polyethylene glycol straight or branched chains. In yet another embodiment of the disclosure, the resistant substituent R4 is C X Q 2X + 1 , X ≧ 1 in the equation, where Q is hydrogen (H), fluorine (F), or chlorine (Cl). ).

電子分極性化合物の一実施形態では、芳香族多環式共役分子(コア1)及び基(R1)が、非中心対称性分子構造を形成する。電子分極性化合物の別の実施形態では、芳香族多環式共役分子(コア1)、基(R1)、及び抵抗性置換基(R4)が、非中心対称性分子構造を形成する。本開示の一実施形態では、電子分極性化合物は下記の一般式(II): In one embodiment of the electron-polarizing compound, the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1) and group (R1) form a non-centrally symmetric molecular structure. In another embodiment of the electron-polarizing compound, the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1), group (R1), and resistant substituent (R4) form a non-centrally symmetric molecular structure. In one embodiment of the present disclosure, the electron-polarizing compound is represented by the following general formula (II):

Figure 2021503488
Figure 2021503488

を有する。 Have.

一般式IIにおいて、コア1は、上記にて論じた芳香族多環式共役分子であり、抵抗性置換基R4は、開示された化合物の非共役部分であり、飽和及び縮合シクロ炭化水素、又は飽和及び縮合シクロハロカーボンであって、シクロヘキサン、シクロペンタン、多環式パーフルオロヘキシル、多環式パーフルオロペンチル、及び環式炭素分子のタイルから構築される構造を含むがこれらに限定されない剛性空間構造を持つものであってもよい。環式炭素分子のタイルは、H、F、Cl、又はBrで飽和されたSP3炭素の稠密充填を有していてもよい。ある特定の実現例では、パラメーターn=p=s=0である。電子分極性化合物の別の実施形態において、非共役部分の長さは、その抵抗率が1015オーム・cmより大きくなるように選択される。電子分極性化合物の更に別の実施形態では、抵抗性置換基R4は、ベンジル基、ベンジルアルコキシ基、ベンジルハロ-アルコキシ基、アルコキシ基、ベンジルアルキル基、ベンジルハロ-アルキル基、アルキル基、ハロ-アルコキシ基、ハロ-アルキル基、ベンジルアリール基、及びベンジルハロ-アリール基から選択され、ここでR4置換基は、求核基(供与体)R1が結合しているコア1の尖端(apex)に結合(connect)され、又は求電子基(アクセプター)R1'が結合しているコア1の尖端に結合されるが、その両方ではない。電子分極性化合物の更に別の実施形態では、抵抗性置換基R4は、長いC25H34及びC25H35又はC25F34及びC25F35を含むリストから選択され、コア1の尖端フェニル環に位置付けられる。本開示の一実施形態では、電子分極性化合物は、下記の一般式(III): In general formula II, core 1 is the aromatic polycyclic conjugated molecule discussed above and the resistant substituent R4 is the non-conjugated moiety of the disclosed compound, saturated and condensed cyclohydrocarbons, or Rigid spaces of saturated and condensed cyclohalocarbons, including but not limited to structures constructed from tiles of cyclohexane, cyclopentane, polycyclic perfluorohexyls, polycyclic perfluoropentyl, and cyclic carbon molecules. It may have a structure. Tiles of cyclic carbon molecules may have a dense packing of SP3 carbon saturated with H, F, Cl, or Br. In one particular implementation, the parameter n = p = s = 0. In another embodiment of the electron-polarizing compound, the length of the non-conjugated moiety is chosen such that its resistivity is greater than 10 15 ohm cm. In yet another embodiment of the electron-polarizing compound, the resistant substituent R4 is a benzyl group, a benzylalkoxy group, a benzylhalo-alkoxy group, an alkoxy group, a benzylalkyl group, a benzylhalo-alkyl group, an alkyl group, a halo-alkoxy group. , A halo-alkyl group, a benzylaryl group, and a benzylhalo-aryl group, where the R4 substituent is attached to the apex of core 1 to which the nucleophilic (donor) R1 is attached. ), Or is attached to the tip of core 1 to which the electrophilic group (acceptor) R1'is attached, but not both. In yet another embodiment of the electron-polarizing compound, the resistant substituent R4 is selected from a list containing long C 25 H 34 and C 25 H 35 or C 25 F 34 and C 25 F 35 and is the tip of core 1. It is positioned on the phenyl ring. In one embodiment of the present disclosure, the electron-polarizing compound is the following general formula (III):

Figure 2021503488
Figure 2021503488

を有する。 Have.

一般式IIIでは、パラメーターm及びm'は1に等しく、R1'はアクセプター基であり、R1は供与性基であり、k及びk'は、分子の両端にあるR4抵抗性基を示す。電子分極性化合物の別の実施形態では、コア1が、下記の構造式: In General Formula III, the parameters m and m'are equal to 1, R1'is the acceptor group, R1 is the donor group, and k and k'are the R4 resistant groups at both ends of the molecule. In another embodiment of the electron-polarizing compound, core 1 has the following structural formula:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

を有するリレン断片であり、式中、反復パラメーターtは、0から5までの様々な整数であり、電子供与体及びアクセプター基の組は、コア1のリレンフェニル環及び/又は尖端フェニル環位置に位置付けられた1個の供与性基-NEt2及び1個のアクセプター基-NO2を含み(m及びm'は共に1に等しい)、したがって、分極の非線形効果(NLE)を有する断片は、下記の化学構造(t=0である場合)によって表され: In the equation, the repeat parameter t is a variety of integers from 0 to 5, and the set of electron donor and acceptor groups is at the position of the ribene phenyl ring and / or the tip phenyl ring of core 1. Fragments containing one positioned donor group-NEt 2 and one acceptor group-NO 2 (m and m'both equal to 1) and therefore have a non-linear effect of polarization (NLE) are listed below. Represented by the chemical structure of (if t = 0):

Figure 2021503488
Figure 2021503488

ここで、抵抗性置換基(R4)は、ベンジルアルコキシ基であり、ある場合には: Here, the resistant substituent (R4) is a benzylalkoxy group, and in some cases:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

等のベンジル基を介して結合され、ここで、n及びn'は4〜25の範囲である。これは下記の構造式(IV): Etc. are attached via a benzyl group, where n and n'are in the range of 4-25. This is the following structural formula (IV):

Figure 2021503488
Figure 2021503488

をもたらす。 Bring.

一部の実施形態では、抵抗性置換基(R4)は、アルキン結合基、例えば: In some embodiments, the resistant substituent (R4) is an alkyne-binding group, eg:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

を介して結合された分枝状アルキル又はアルコキシ基であり、式中、n及びn'は、4〜25の範囲である。これは下記の構造式(V): It is a branched alkyl or alkoxy group bonded via, and in the formula, n and n'are in the range of 4 to 25. This is the following structural formula (V):

Figure 2021503488
Figure 2021503488

をもたらす。 Bring.

本開示の別の実施形態では、電子分極性化合物は、下記の一般式(VI): In another embodiment of the present disclosure, the electron-polarizing compound is represented by the following general formula (VI):

Figure 2021503488
Figure 2021503488

を有する。 Have.

一般式VIでは、コア1は、上述の芳香族多環式共役分子であり、mは6に等しく、R1'は供与性基であり、R1はアクセプター基であり、kは2に等しい。電子分極性化合物の更に別の実施形態では、コア1は、下記の構造式: In the general formula VI, core 1 is the aromatic polycyclic conjugated molecule described above, m is equal to 6, R1'is the donor group, R1 is the acceptor group, and k is equal to 2. In yet another embodiment of the electron-polarizing compound, the core 1 has the following structural formula:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

を有するリレン断片であり、式中、反復パラメーターtは、1から5まで様々であり、電子供与体及びアクセプター基の組は、3個の供与性基-NH2を含み、3個のアクセプター基-NO2(mは6に等しい)は、リレンフェニル環及び/又はコア1の尖端フェニル環位置に位置付けられ、したがって分極の非線形効果(NLE)を持つ断片は、下記の化学構造(t=1のとき): The repeat parameter t varies from 1 to 5 in the formula, and the set of electron donor and acceptor groups contains 3 donor groups-NH 2 and 3 acceptor groups. -NO 2 (m equals 6) is located at the ribene phenyl ring and / or the tip phenyl ring position of core 1, so fragments with a non-linear effect of polarization (NLE) have the following chemical structure (t = 1): When):

Figure 2021503488
Figure 2021503488

によって表され、抵抗性置換基(R4)は、下記のタイプのアミン構造: The resistant substituent (R4) is represented by the following type of amine structure:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

であり、下記の構造式(VII): And the following structural formula (VII):

Figure 2021503488
Figure 2021503488

をもたらし、抵抗性置換基は結合基を介して結合される。 The resistant substituents are attached via a binding group.

電子分極性コアの非限定的な例は、下記の構造: Non-limiting examples of electronically polar cores include the following structures:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

から選択された少なくとも2個の位置異性体を含み、式中、R1、R2、R3、R4、R5、R6は、それぞれ独立して、水素、求電子基、求核基、及び抵抗性基から選択され; nは、1よりも大きい又は1に等しい整数である。置換基のそのような組合せの非限定的な例を、Table 5(表5)に列挙する。 It contains at least two positional isomers selected from, and in the formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 are independently hydrogen, electrophilic, and nucleophilic groups, respectively. , And a resistant group; n is an integer greater than or equal to 1. Non-limiting examples of such combinations of substituents are listed in Table 5.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

R及びR'は、同じに又は独立して、アルキル、アルケン、及び置換アルキル基から選択することができ; DBは、3,5-ジメトキシフェニルである。電子分極性化合物は、DB基又はTable 4(表4)に列挙された結合基を介してコアに結合された抵抗性置換基を含むように、更に修飾されてもよい。 R and R'can be selected from alkyl, alkene, and substituted alkyl groups, either equally or independently; DB is 3,5-dimethoxyphenyl. The electron-polarizing compound may be further modified to include a resistant substituent attached to the core via a DB group or a binding group listed in Table 4.

一部の実施形態では、電子分極性化合物の誘電体層は、複数の位置異性体を含む。一部の実施形態では、電子分極性化合物を含む誘電体層は、電子分極性化合物の混合物を含む。 In some embodiments, the dielectric layer of the electron-polarizing compound comprises a plurality of positional isomers. In some embodiments, the dielectric layer containing the electron-polarizing compound comprises a mixture of the electron-polarizing compounds.

本開示の一実施形態では、電子分極性化合物の誘導分極Pindを、局所電場Elocの強度の程度に関する級数への分解の形:
Pind = α・Eloc+β・Eloc 2+・・・
で書き留めることができ、式中、αは線形分極率を表し、βを平方分極率を表す。
In one embodiment of the present disclosure, a form of decomposition of the induced polarization Pind of an electron-polarizing compound into a series with respect to the degree of intensity of the local electric field E loc :
Pind = α ・ E loc + β ・ E loc 2 + ・ ・ ・
In the equation, α represents the linear polarizability and β represents the square polarizability.

ある態様において、本開示は、開示された電子分極性化合物を含む有機溶媒を提供する。一実施形態では、溶液は、種々の電子分極性化合物の混合物を含む。開示される有機溶媒の別の実施形態において、電子分極性化合物の混合物は、異なる長さのリレン断片を含む。更に別の実施形態では、有機溶媒は、ケトン、カルボン酸、炭化水素、環式炭化水素、クロロハイドロカーボン、アルコール、エーテル、エステル、及びこれらの任意の組合せを含むリストから選択される。更に別の場合、有機溶媒は、アセトン、キシレン、トルエン、エタノール、メチルシクロヘキサン、酢酸エチル、ジエチルエーテル、オクタン、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエテン、テトラクロロエテン、四塩化炭素、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン、ピリジン、トリエチルアミン、ニトロメタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、及びこれらの任意の組合せを含むリストから選択される。開示の更に別の実施形態では、溶液が、リオトロピック液晶溶液である。 In some embodiments, the present disclosure provides an organic solvent comprising the disclosed electron-polarizing compounds. In one embodiment, the solution comprises a mixture of various electron-polarizing compounds. In another embodiment of the disclosed organic solvent, the mixture of electron-polarizing compounds comprises ribene fragments of different lengths. In yet another embodiment, the organic solvent is selected from a list comprising ketones, carboxylic acids, hydrocarbons, cyclic hydrocarbons, chlorohydrocarbons, alcohols, ethers, esters, and any combination thereof. In yet another case, the organic solvent is acetone, xylene, toluene, ethanol, methylcyclohexane, ethyl acetate, diethyl ether, octane, chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, carbon tetrachloride, 1,4-. It is selected from a list containing dioxane, tetrahydrofuran, pyridine, triethylamine, nitromethane, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, and any combination thereof. In yet another embodiment of the disclosure, the solution is a lyotropic liquid crystal solution.

別の態様において、本開示の態様は、開示された電子分極性化合物の少なくとも1つのタイプを含む結晶メタ誘電体層を提供する。結晶メタ誘電体層は、カスケード結晶化; Optiva-プロセスとして公知の結晶薄膜(又は結晶薄層)製造の方法によって開示された有機化合物から生成される。米国特許第5,739,296号及び第6,049,428号と、P. Lazarev等、「X-ray Diffraction by Large Area Organic Crystalline Nano-films」、Molecular Materials、14 (4)、303〜311頁(2001)、及びBobrov、「Spectral Properties of Thin Crystal Film Polarizers」、Molecular Materials、14 (3)、191〜203頁(2001)を参照されたい。 In another aspect, aspects of the present disclosure provide a crystalline metadielectric layer comprising at least one type of disclosed electron-polarizing compound. The crystalline meta-dielectric layer is produced from organic compounds disclosed by cascade crystallization; a method of producing crystalline thin films (or crystalline thin layers) known as the Optiva-process. U.S. Pat. Nos. 5,739,296 and 6,049,428 and P. Lazarev et al., "X-ray Diffraction by Large Area Organic Crystalline Nano-films," Molecular Materials, 14 (4), pp. 303-311 (2001), and Bobrov, See "Spectral Properties of Thin Crystal Film Polarizers", Molecular Materials, 14 (3), pp. 191-203 (2001).

カスケード結晶化プロセスでは、化学修飾工程と、結晶メタ誘電体層形成中の秩序化の4工程が行なわれる。化学修飾工程は、両親媒性を分子に与えるために、開示された有機化合物の分子の周辺に親水性基を導入する。両親媒性分子は、秩序化の第1の工程として、一緒に積層されて超分子構造になる。ある特定の濃度で、超分子構造は、秩序化の第2の工程として、液晶状態に変換されてリオトロピック液晶を形成する。リオトロピック液晶は、Mayer Rod剪断技法に基づいて、基質に対する剪断力(又はメニスカス力)の作用の下で堆積され、したがって剪断力(又はメニスカス)の方向が、得られた固体結晶層における結晶軸方向を決定する。リオトロピック液晶での外部アライメントは、任意のその他の手段を使用して、例えば外部電場を通常の温度又は高温で、追加の照明、磁場、又は光学場(例えば、コヒーレント光起電力効果)がある状態で又はない状態で、印加することにより生成することができ;外部アライメントの程度は、必要な配向をリオトロピック液晶の超分子構造に与えるのに、及び誘電体層の結晶格子の基部として働く構造を形成するのに、十分であるべきである。この指向性堆積は、秩序化の第3の工程であり、基材表面での結晶質又は多結晶質構造の全体的な秩序化を表す。カスケード結晶化プロセスの最後の第4の工程は、乾燥/結晶化であり、リオトロピック液晶を固体結晶誘電体層に変換する。カスケード結晶化プロセスという用語は、組合せプロセスとして、化学修飾及び4つの秩序化工程を指すのに使用される。 In the cascade crystallization process, four steps are performed: a chemical modification step and an ordering step during the formation of the crystal metadielectric layer. The chemical modification step introduces a hydrophilic group around the molecule of the disclosed organic compound in order to impart amphipathicity to the molecule. The amphipathic molecules are laminated together to form a supramolecular structure as the first step in ordering. At a particular concentration, the supramolecular structure is transformed into a liquid crystal state to form a lyotropic liquid crystal as a second step in ordering. The lyotropic liquid crystal is deposited under the action of a shear force (or meniscus force) on the substrate based on the Mayer Rod shearing technique, so that the direction of the shear force (or meniscus) is the crystal axis direction in the obtained solid crystal layer. To determine. External alignment on supramolecular liquid crystals uses any other means, such as an external electric field at normal temperature or high temperature, with additional illumination, magnetic field, or optical field (eg, coherent photovoltaic effect). It can be produced by application with or without; the degree of external alignment provides a structure that serves as the supramolecular structure of the lyotropic liquid crystal and as the base of the crystal lattice of the dielectric layer. It should be enough to form. This directional deposition is the third step of ordering and represents the overall ordering of crystalline or polycrystalline structures on the surface of the substrate. The final fourth step of the cascade crystallization process is drying / crystallization, which transforms the lyotropic liquid crystal into a solid crystal dielectric layer. The term cascade crystallization process is used to refer to chemical modification and four ordering processes as a combinatorial process.

カスケード結晶化プロセスは、薄い結晶質メタ誘電体層を生成するのに使用される。カスケード結晶化プロセスによって生成される誘電体層は、全体的な秩序化を有し、これは全基材表面上の層の結晶軸の方向が堆積プロセスによって制御されることを意味する。堆積された材料の分子は、限られた拡散又は運動の自由度で超分子構造に充填される。薄い結晶質誘電体層は、光学軸の1つの方向で、3.4±0.3オングストローム(Å)の平面間の間隔によって特徴付けられる。 The cascade crystallization process is used to produce a thin crystalline metadielectric layer. The dielectric layer produced by the cascade crystallization process has an overall order, which means that the orientation of the crystal axis of the layer on the surface of the entire substrate is controlled by the deposition process. The molecules of the deposited material fill the supramolecular structure with limited diffusion or motion freedom. The thin crystalline dielectric layer is characterized by a distance between planes of 3.4 ± 0.3 angstroms (Å) in one direction of the optic axis.

本開示の一実施形態では、結晶メタ誘電体層は、異なる長さのリレン断片を含む電子分極性化合物によって形成された、カラム、針等の超分子構造を含む。様々なリレン断片の長さが、積層体のランダムさを増大させる。本開示の態様による一実施形態では、層の相対誘電率が1000より大きく又は1000に等しい。一実施形態では、結晶メタ誘電体層の相対誘電率(ε')の実数部が、下式: In one embodiment of the disclosure, the crystalline metadielectric layer comprises a supramolecular structure such as a column, needle, etc. formed by an electron-polarizing compound containing relen fragments of different lengths. The length of the various Riren fragments increases the randomness of the laminate. In one embodiment according to aspects of the present disclosure, the relative permittivity of the layer is greater than or equal to 1000. In one embodiment, the real part of the relative permittivity (ε') of the crystalline meta-dielectric layer is:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

に従い一次(ε(1))及び二次(ε(2))誘電率を含み、式中、V0は、結晶メタ誘電体層に印加されるDC-電圧であり、dは、層の厚さである。本発明の別の実施形態では、層の抵抗率は、1013オーム/cmよりも大きく又は1013オーム/cmに等しい。 Including the primary (ε (1) ) and secondary (ε (2) ) permittivity according to, in the equation V 0 is the DC-voltage applied to the crystalline meta-dielectric layer and d is the layer thickness. That's right. In another embodiment of the present invention, the resistivity of the layer is equal to greater or 10 13 ohm / cm than 10 13 ohm / cm.

本開示は、互いに平行に位置決めされた2個の金属電極を含み、且つ巻回状又は平坦状及び前記電極間でメタ誘電体層と平面状にすることができる、メタ-キャパシターを提供する。層は、上記開示された電子分極性化合物を含む。 The present disclosure provides a meta-capacitor that includes two metal electrodes positioned parallel to each other and can be wound or flat and planar with a metadielectric layer between the electrodes. The layer comprises the above disclosed electron-polarizing compounds.

メタキャパシターは、図1Aに示されるように、第1の電極1、第2の電極2、並びに前記第1及び第2の電極の間に配置されたメタ誘電体層3を含む。電極1及び2は、銅、亜鉛、若しくはアルミニウム等の金属、又は黒鉛若しくはカーボンナノ材料等のその他の伝導性材料で作製されてもよく、一般にその形状は平面である。 The metacapacitor includes a first electrode 1, a second electrode 2, and a metadielectric layer 3 disposed between the first and second electrodes, as shown in FIG. 1A. Electrodes 1 and 2 may be made of a metal such as copper, zinc or aluminum, or other conductive material such as graphite or carbon nanomaterials and are generally planar in shape.

電極1、2は、平坦状及び平面状であってもよく、互いに平行に位置決めされてもよい。或いは電極は、平面状及び平行であってもよいが必ずしも平坦状である必要はなく、キャパシターの全形状因子を削減するように、コイル状にされ、巻回状にされ、曲げられ、折り畳まれ、又はその他の形状にされてもよい。電極は、非平坦状、非平面状であり、若しくは非平行であり、又はこれらの2つ以上の何らかの組合せにすることも可能である。例として、限定するものではないが、電極1及び2の間の間隔は、約100nmから約10,000μmの範囲であり得る。電極1及び2の間の最大電圧Vbdは、近似的に、破壊電場Ebdと電極間隔dとの積である。Ebd=0.1V/nmであり、且つ電極1及び2の間の間隔dが10,000ミクロン(100,000nm)である場合、最大電圧Vbdは100,000ボルトになる可能性がある。 The electrodes 1 and 2 may be flat or flat, or may be positioned parallel to each other. Alternatively, the electrodes may be planar and parallel, but not necessarily flat, and are coiled, wound, bent, and folded to reduce the overall Scherrer equation of the capacitor. , Or other shapes. The electrodes can be non-flat, non-planar, or non-parallel, or can be any combination of two or more of these. By way of example, but not limited to, the spacing between electrodes 1 and 2 can range from about 100 nm to about 10,000 μm. The maximum voltage V bd between electrodes 1 and 2 is approximately the product of the breaking electric field E bd and the electrode spacing d. If E bd = 0.1 V / nm and the spacing d between electrodes 1 and 2 is 10,000 microns (100,000 nm), the maximum voltage V bd can be 100,000 volts.

電極1及び2は、互いに同じ形状、同じ寸法、及び同じ面積Aを有していてもよい。例として、限定するものではないが、各電極1及び2の面積Aは、約0.01m2から約1000m2の範囲であり得る。例として、限定するものではないが、巻回キャパシターの場合、電極は最大で例えば1000mの長さ及び1mの幅である。 Electrodes 1 and 2 may have the same shape, the same dimensions, and the same area A as each other. As an example, but not limited to, the area A of each electrode 1 and 2 can range from about 0.01 m 2 to about 1000 m 2 . By way of example, but not limited to, in the case of wound capacitors, the electrodes can be up to, for example, 1000 m long and 1 m wide.

これらの範囲は非限定的である。電極の間隔d及び面積Aのその他の範囲は、本開示の態様の範囲内にある。 These ranges are non-limiting. Other ranges of electrode spacing d and area A are within the scope of aspects of the present disclosure.

間隔dが、電極の特徴的な線形寸法(例えば、長さ及び/又は幅)と比較して小さい場合、キャパシターのキャパシタンスCは、式:
C = εεoA/d, (V)
によって近似されてもよく、式中、ε0は、自由空間の誘電率であり(8.85×10-12クーロン2/(ニュートン・メートル2))、εは、誘電体層の誘電定数である。キャパシターのエネルギー貯蔵容量Uは:
U = 1/2 εεoAEbd 2d (VI)
と近似されてもよい。
If the spacing d is small compared to the characteristic linear dimensions of the electrodes (eg, length and / or width), then the capacitance C of the capacitor is:
C = εε o A / d, (V)
In the equation, ε 0 is the permittivity of free space (8.85 × 10 -12 Coulomb 2 / (Newton meter 2 )) and ε is the dielectric constant of the dielectric layer. The energy storage capacity U of the capacitor is:
U = 1/2 εε o AE bd 2 d (VI)
May be approximated as.

エネルギー貯蔵容量Uは、誘電定数ε、面積A、及び破壊電場Ebdによって決定される。適切な設計製作により、キャパシター又はキャパシターバンクは、任意の所望のエネルギー貯蔵容量Uを有するように設計されてもよい。例として、限定するものではないが、誘電定数ε、電極面積A、及び回電場Ebdに関して上記範囲が与えられたとすると、本開示の態様によるキャパシターは、約500ジュールから約2・1016ジュールの範囲のエネルギー貯蔵容量Uを有していてもよい。 The energy storage capacity U is determined by the dielectric constant ε, the area A, and the breaking electric field E bd . With proper design and fabrication, the capacitor or capacitor bank may be designed to have any desired energy storage capacity U. By way of example, given, but not limited to, the dielectric constant ε, the electrode area A, and the electric field E bd , the capacitors according to aspects of the present disclosure are from about 500 joules to about 2.10 16 joules. It may have an energy storage capacity U in the range of.

例えば約100から約1,000,000の範囲の誘電定数ε、並びに例えば約0.1から0.5V/nmの間の定破壊電場Ebdの場合、本明細書に記述されるタイプのキャパシターは、約10W・h/kgから最大約100,000W・h/kgの範囲の、単位質量当たりの比エネルギー容量を有していてもよいが、実現例はそれに限定されるものではない。 For example, for a dielectric constant ε in the range of about 100 to about 1,000,000, and for example a constant decay electric field E bd between about 0.1 and 0.5 V / nm, the types of capacitors described herein are about 10 W · h /. It may have a specific energy capacity per unit mass in the range of kg to a maximum of about 100,000 W · h / kg, but the implementation examples are not limited to this.

本開示は、例えば図1Bに示されるような、コイル状のメタキャパシターを含む。この実施例において、メタキャパシター20は、第1の電極21、第2の電極22、並びに前記第1及び第2の電極の間に配置された上述のタイプのメタ誘電体材料層23を含む。電極21及び22は、銅、亜鉛、若しくはアルミニウム等の金属、黒鉛若しくはカーボンナノ材料等のその他の伝導性材料で作製されてもよく、一般にその形状は平面である。一実現例において、電極及びメタ誘電体材料層23は、電極21及び22の間の短絡が防止されるように、絶縁材料、例えばポリプロピレン又はポリエステル等のプラスチックフィルムと一緒に挟まれ且つ一緒にコイル状に巻かれた材料の、長いストリップの形をとる。 The present disclosure includes a coiled metacapacitor, eg, as shown in FIG. 1B. In this embodiment, the metacapacitor 20 includes a first electrode 21, a second electrode 22, and a metadielectric material layer 23 of the type described above arranged between the first and second electrodes. The electrodes 21 and 22 may be made of a metal such as copper, zinc or aluminum, or other conductive material such as graphite or carbon nanomaterials and are generally planar in shape. In one embodiment, the electrode and metadielectric material layer 23 are sandwiched and coiled together with an insulating material, such as a plastic film such as polypropylene or polyester, to prevent short circuits between the electrodes 21 and 22. It takes the form of long strips of rolled material.

本発明をより容易に理解できるようにするために、本発明の例示が意図されるがその範囲を限定するものではない下記の実施例を参照する。 In order to make the present invention easier to understand, reference is made to the following examples, which are intended to illustrate the invention but not limit its scope.

[実施例1]

Figure 2021503488
[Example 1]
Figure 2021503488

3,5-ジヒドロキシブロモベンゼンの合成: 90℃で一晩炉内乾燥した反応フラスコに、3,5-ジメトキシブロモベンゼン(1当量)を無水CH2Cl2中に溶解し、氷水浴に入れて10分間冷却した。この冷やした溶液に、BBr3(1M、CH2Cl2中、2.2当量)を、5分かけてゆっくり添加した。この添加が終了した後、反応物を氷水浴から取り出し、空気中で室温に温め、一晩撹拌した。18時間後、1:1のヘキサン:EtOAcを使用するSiO2 TLCによって、反応が終了したことを確認した。反応物を、元の氷水浴中に入れて、10分間冷却し、その後、メタノール1mLを添加して、まだ存在している未反応のBBr3を全てクエンチ処理した。この反応混合物を、水性HC1(2M)で洗浄し、EtOAc(3×)で抽出した。有機画分を収集し、Na2SO3で乾燥し、その後、濾過した。粗製反応混合物を真空濃縮し、ヘキサン中に沈殿させて、3,5-ジヒドロキシ-ブロモベンゼンを得た。 Synthesis of 3,5-dihydroxybromobenzene: In a reaction flask dried overnight at 90 ° C., 3,5-dimethoxybromobenzene (1 eq) was dissolved in anhydrous CH 2 Cl 2 and placed in an ice-water bath. Allowed to cool for 10 minutes. BBr 3 (2.2 eq in 1 M, CH 2 Cl 2 ) was slowly added to this chilled solution over 5 minutes. After this addition was complete, the reactants were removed from the ice water bath, warmed to room temperature in air and stirred overnight. After 18 hours, it was confirmed that the reaction was completed by SiO 2 TLC using 1: 1 hexane: EtOAc. The reaction was placed in the original ice-water bath and cooled for 10 minutes, after which 1 mL of methanol was added to quench all unreacted BBr 3 that was still present. The reaction mixture was washed with aqueous HC1 (2M) and extracted with EtOAc (3x). Organic fractions were collected, dried in Na 2 SO 3 and then filtered. The crude reaction mixture was concentrated in vacuo and precipitated in hexanes to give 3,5-dihydroxy-bromobenzene.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Aの合成: 90℃で一晩炉内乾燥した反応フラスコに、3,5-ジヒドロキシブロモベンゼン(1当量)及びK2CO3(3当量)を無水DMFに溶解し、室温で10分間撹拌した。この混合物に、ブロモドデカン(3当量)を添加し、反応物を、予熱した100℃の油浴に入れ、一晩撹拌した。18時間後、1:1のヘキサン:EtOAcを使用するSiO2 TLCによって、反応が終了したことを確認した。反応物を油浴から取り出し、空気中で室温まで冷ました。過剰なK2CO3を、水性HC1(2M)でクエンチ処理し、反応物をEtOAcで抽出した。有機画分を収集し、脱イオン水で洗浄し、Na2SO3で乾燥し、その後、濾過した。溶媒を真空除去し、生成物を、シリカゲルクロマトグラフィー(100%ヘキサンから10%EtOAc:90%ヘキサン)により精製し、無色の油として単離し、これをゆっくりと凝固させて白色固体にした。 Synthesis of A: In a reaction flask dried overnight at 90 ° C., 3,5-dihydroxybromobenzene (1 eq) and K 2 CO 3 (3 eq) were dissolved in anhydrous DMF and stirred at room temperature for 10 minutes. .. Bromododecane (3 eq) was added to the mixture and the reaction was placed in a preheated 100 ° C. oil bath and stirred overnight. After 18 hours, it was confirmed that the reaction was completed by SiO 2 TLC using 1: 1 hexane: EtOAc. The reaction was removed from the oil bath and cooled to room temperature in air. Excess K 2 CO 3 was quenched with aqueous HC1 (2M) and the reaction was extracted with EtOAc. Organic fractions were collected, washed with deionized water, dried over Na 2 SO 3 and then filtered. The solvent was removed by vacuum and the product was purified by silica gel chromatography (100% hexane to 10% EtOAc: 90% hexane) and isolated as a colorless oil, which was slowly solidified to a white solid.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Bの合成: A(1当量)、ビス(ピナコラート)二ホウ素(1.6当量)、酢酸カリウム(3当量)、Pd(dppf)Cl2(0.03当量)を、100mLの丸底フラスコ内に排出し、N2を充填し直した。別のフラスコでは、ジオキサンをN2流の下で15分間スパージングし、その後、シリンジを介して反応フラスコに添加した。この反応溶液を、90℃に設定して予熱した油浴に入れ、TLC(9:1 ヘキサン:EtOAc)によりモニターした。反応が終了したら、反応混合物を2M HClで洗浄し、酢酸エチルで抽出した。有機画分を収集し、Na2SO4を使用して乾燥し、濾過した後、溶媒を減圧下で除去した。粗製材料をヘキサンに再溶解し、溶離液としてヘキサンを使用するシリカプラグを使用して濾過した。ヘキサンを減圧下で除去して粘性油を単離した。この粗製混合物を、メタノール中で1時間撹拌して、白色固体沈殿物を得、これを真空濾過によって収集した。Bを、白色固体として単離した。 Synthesis of B: A (1 eq), bis (pinacolato) diboron (1.6 eq), potassium acetate (3 eq), Pd (dppf) Cl 2 (0.03 eq) are drained into a 100 mL round bottom flask. N 2 was refilled. In another flask, dioxane was sparged under N 2 stream for 15 minutes and then added to the reaction flask via syringe. The reaction solution was placed in a preheated oil bath set at 90 ° C. and monitored with TLC (9: 1 hexane: EtOAc). When the reaction was complete, the reaction mixture was washed with 2M HCl and extracted with ethyl acetate. The organic fraction was collected, dried over Na 2 SO 4 and filtered before removing the solvent under reduced pressure. The crude material was redissolved in hexane and filtered using a silica plug using hexane as the eluent. Hexane was removed under reduced pressure to isolate the viscous oil. The crude mixture was stirred in methanol for 1 hour to give a white solid precipitate, which was collected by vacuum filtration. B was isolated as a white solid.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Cの合成: 2,6-ジニトロアニリン(1当量)、Ag2SO4(1.4当量)、及びI2(1.4当量)を、50mLの丸底フラスコに、室温で添加した。この混合物に、エタノールを添加し、反応物を18時間、室温で撹拌した。翌朝、黄色沈殿物が形成されており、TLC分析(1:1 EtOAc:ヘキサン)は、出発材料が完全に消費されたことを示した。この反応混合物を濾過し、固体残留物を、濾液が透明になるまでEtOAcで洗浄した。次いで溶媒を、濾液から真空除去し、粗製固体を、最小量のCH2Cl2に再溶解し、その後、ヘキサン中に沈殿させた。混合物を、固体がもはや沈殿しなくなるまで30分間放置し、固体を、真空濾過を介して単離した。Cが、橙色の固体として単離された。 Synthesis of C: 2,6-dinitroaniline (1 eq), Ag 2 SO 4 (1.4 eq), and I 2 (1.4 eq) were added to a 50 mL round bottom flask at room temperature. Ethanol was added to this mixture and the reaction was stirred for 18 hours at room temperature. The next morning, a yellow precipitate was formed and TLC analysis (1: 1 EtOAc: Hexanes) showed that the starting material was completely consumed. The reaction mixture was filtered and the solid residue was washed with EtOAc until the filtrate was clear. The solvent was then evacuated from the filtrate and the crude solid was redissolved in a minimum amount of CH 2 Cl 2 and then precipitated in hexane. The mixture was left for 30 minutes until the solid no longer settled and the solid was isolated via vacuum filtration. C was isolated as an orange solid.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Dの合成: C(1当量)、B(1.1当量)、Pd(PPh3)2Cl2(0.03当量)、及びK2CO3(2当量)を、25mLの丸底フラスコに添加し、その後、排出し、N2を3回充填し直した。別のフラスコで、N2を、トルエン及びH2Oの溶液内で30分間バブリングし、その後、この溶液を反応フラスコに添加した。次いでこの溶液を、100℃に予熱した油浴に入れ、一晩撹拌した。反応を、TLC(7:3 ヘキサン:EtOAc)によりモニターした。反応が終了したら、油浴から取り出し、室温で、空気中で30分間冷ました。混合物を蒸留水で洗浄し、過剰な塩基を、2M HClを添加して慎重に酸性化し、次いでEtOAcで抽出した。有機画分を収集し、NaSO4で乾燥し、濾過し、溶媒を真空蒸留下で除去した。粗製生成物を、最小量のCH2Cl2に溶解し、MeOH中に沈殿させた。固体を濾過して、Dが黄色固体として得られた。 Synthesis of D: C (1 eq), B (1.1 eq), Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 (0.03 eq), and K 2 CO 3 (2 eq) were added to a 25 mL round bottom flask, followed by , Drained and refilled with N 2 3 times. In another flask, N 2 was bubbled in a solution of toluene and H 2 O for 30 minutes, after which the solution was added to the reaction flask. The solution was then placed in an oil bath preheated to 100 ° C. and stirred overnight. The reaction was monitored with TLC (7: 3 hexane: EtOAc). When the reaction was complete, it was removed from the oil bath and cooled in air at room temperature for 30 minutes. The mixture was washed with distilled water and the excess base was carefully acidified with the addition of 2M HCl and then extracted with EtOAc. Organic fractions were collected, dried over NaSO 4 , filtered and the solvent removed under vacuum distillation. The crude product was dissolved in a minimal amount of CH 2 Cl 2 and precipitated in MeOH. The solid was filtered to give D as a yellow solid.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Eの合成: D(1当量)を、丸底フラスコに添加し、n-ブタノールに80℃で溶解した。この溶液に、(NH4)2S(2当量)の20wt%水性溶液を添加した。反応物を1時間撹拌し、TLC(7:3 ヘキサン/EtOAc)によりモニターした。反応が終了したら、反応混合物を2M HClで洗浄し、酢酸エチルで抽出した。有機画分を収集し、Na2SO4を使用して乾燥し、濾過した後に、溶媒を減圧下で除去した。粗製材料を、SiO2カラムクロマトグラフィー(7:3 ヘキサン/EtOAc)を使用して精製したヘキサンに再溶解して、Eが粘性赤色油として得られた。 Synthesis of E: D (1 eq) was added to a round bottom flask and dissolved in n-butanol at 80 ° C. To this solution was added a 20 wt% aqueous solution of (NH 4 ) 2 S (2 eq). The reaction was stirred for 1 hour and monitored with TLC (7: 3 hexane / EtOAc). When the reaction was complete, the reaction mixture was washed with 2M HCl and extracted with ethyl acetate. The organic fractions were collected, dried over Na 2 SO 4 , filtered and then the solvent removed under reduced pressure. The crude material was redissolved in hexane purified using SiO 2 column chromatography (7: 3 hexane / EtOAc) to give E as a viscous red oil.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Fの合成: E(1当量)、及び4-ブロモフタル酸無水物(1.2当量)、及びZn(OAc)2 2H2O(0.4当量)を、丸底フラスコに添加し、その後、排出し、N2を充填し直した。別のフラスコで、キノリンを、N2の流れの下で15分間パージし、反応混合物に添加した。この懸濁液を170℃に加熱し、一晩撹拌させた。反応が終了したら、高温溶液をMeOHに注ぎ、得られた固体を20mLの追加のMeOHで洗浄し、その後、収集した。残留MeOHを減圧下で除去してFを得た。 Synthesis of F: E (1 eq), 4-bromophthalic anhydride (1.2 eq), and Zn (OAc) 2 2H 2 O (0.4 eq) were added to the round bottom flask, then drained and N 2 was refilled. In a separate flask, quinoline was purged under a stream of N 2 for 15 minutes and added to the reaction mixture. The suspension was heated to 170 ° C. and stirred overnight. When the reaction was complete, the hot solution was poured into MeOH and the resulting solid was washed with 20 mL additional MeOH and then collected. Residual MeOH was removed under reduced pressure to give F.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Gの合成: F(1当量)を、ブタノール(0.3M)と共に丸底フラスコに添加した。この懸濁液を80℃に加熱し、還元剤(SnCl2、(NH4)2S、又はHNaS; 1当量)を高温反応混合物に移した。反応を、TLC分析によってモニターし、一晩撹拌した。反応が終了したら、反応混合物を水で希釈し、酢酸エチルで抽出した。有機画分を収集し、Na2SO4を使用して乾燥し、濾過した後、溶媒を減圧下で除去した。粗製材料を、SiO2カラムクロマトグラフィーを使用して精製されたヘキサン(ヘキサン/EtOAc、次いでEtOAc)に再溶解して、Gを得た。 Synthesis of G: F (1 eq) was added to the round bottom flask with butanol (0.3 M). The suspension was heated to 80 ° C. and the reducing agent (SnCl 2 , (NH 4 ) 2 S, or HNaS; 1 eq) was transferred to the high temperature reaction mixture. The reaction was monitored by TLC analysis and stirred overnight. When the reaction was complete, the reaction mixture was diluted with water and extracted with ethyl acetate. The organic fraction was collected, dried over Na 2 SO 4 and filtered before removing the solvent under reduced pressure. The crude material was redissolved in hexane (hexane / EtOAc, then EtOAc) purified using SiO 2 column chromatography to give G.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Hの合成: F(1当量)、Pd(dppf)Cl2(0.05当量)、AcOK(2当量)、及びB2Pin2(1.5当量)を、25mLの丸底フラスコに添加した。次いでこの混合物を排出し、N2を3回充填し直した。別のフラスコでは、ジオキサン(0.3M)にN2を30分間バブリングした。次いでこの脱気した溶媒を、N2雰囲気下で反応フラスコに添加し、予熱した100℃の油浴に入れ、一晩撹拌した。反応が終了したら、油浴から取り出し、室温に冷ました後、2M HClで洗浄し、EtOAcを使用して抽出した。有機層を収集し、Na2SO4で乾燥し、濾過し、溶媒を減圧下で除去した。粗製生成物を、カラムクロマトグラフィーによって精製した(100%ヘキサン〜8:2 ヘキサン/EtOAc)。溶媒を除去して、Hを得た。 Synthesis of H: F (1 eq), Pd (dppf) Cl 2 (0.05 eq), AcOK (2 eq), and B 2 Pin 2 (1.5 eq) were added to a 25 mL round bottom flask. The mixture was then drained and refilled with N 2 three times. In another flask, dioxane (0.3 M) was bubbled with N 2 for 30 minutes. The degassed solvent was then added to the reaction flask in an N 2 atmosphere, placed in a preheated oil bath at 100 ° C. and stirred overnight. When the reaction was complete, it was removed from the oil bath, cooled to room temperature, washed with 2M HCl and extracted with EtOAc. The organic layer was collected, dried over Na 2 SO 4 , filtered and the solvent removed under reduced pressure. The crude product was purified by column chromatography (100% hexane-8: 2 hexane / EtOAc). The solvent was removed to give H.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

Iの合成: H(1当量)、Pd(PPh3)4(0.05当量)、K2CO3(2当量)、及びG(1当量)を、反応フラスコに添加した。次いでこの混合物を排出し、N2を3回充填し直した。別のフラスコでは、トルエン、H2Oの混合物(2:1)に、N2を10分間バブリングした。次いでこの脱気溶媒を、シリンジを介してN2雰囲気下で反応フラスコに添加し、予熱した100℃の油浴にいれ、一晩撹拌した。終了したら、反応物を油浴から取り出し、室温に冷ました後、2M HClで洗浄し、EtOAcを使用して抽出した。有機層を収集し、Na2SO4で乾燥し、濾過し、溶媒を減圧下で除去した。粗製固体を、最小量のCH2Cl2に溶解し、MeOH中に沈殿させた。Hを、濾過により単離した。 Synthesis of I: H (1 eq), Pd (PPh 3 ) 4 (0.05 eq), K 2 CO 3 (2 eq), and G (1 eq) were added to the reaction flask. The mixture was then drained and refilled with N 2 three times. In another flask, N 2 was bubbled into a mixture of toluene, H 2 O (2: 1) for 10 minutes. This degassing solvent was then added to the reaction flask via a syringe under an N 2 atmosphere, placed in a preheated oil bath at 100 ° C. and stirred overnight. When finished, the reactants were removed from the oil bath, cooled to room temperature, washed with 2M HCl and extracted with EtOAc. The organic layer was collected, dried over Na 2 SO 4 , filtered and the solvent removed under reduced pressure. The crude solid was dissolved in a minimal amount of CH 2 Cl 2 and precipitated in MeOH. H was isolated by filtration.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

I(1当量)を、トリエタノールアミン(0.02M)中に分散させ、K2CO3(25当量)を添加した。混合物を、130℃で24時間、アルゴン雰囲気下で撹拌した。室温に冷却後、反応混合物をジクロロメタンで希釈し、水で洗浄した。有機層を、無水硫酸ナトリウム上で乾燥し、メタノール中に沈殿させることによって精製し、その結果、Jが濃紫色の固体として得られた。 I (1 eq) was dispersed in triethanolamine (0.02M) and K 2 CO 3 (25 eq) was added. The mixture was stirred at 130 ° C. for 24 hours under an argon atmosphere. After cooling to room temperature, the reaction mixture was diluted with dichloromethane and washed with water. The organic layer was purified by drying over anhydrous sodium sulfate and precipitating in methanol, resulting in J as a deep purple solid.

[実施例2]
この実施例は、下記の構造スキームにより開示された有機化合物の合成について記述する:
[Example 2]
This example describes the synthesis of organic compounds disclosed by the structural scheme below:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

手順: procedure:

Figure 2021503488
Figure 2021503488

ブロモ-アミン4(1当量)、ナフタレン14(1当量)、Pd(PPh3)4(10mol%)、K2CO3(1.5当量)を、トルエン中、70℃で18時間撹拌した。混合物を、珪藻土に通して濾過し、濾液をNaHCO3及びブラインで洗浄した。有機物をMgSO4上で乾燥し、溶媒を減圧下で除去して15を得た。 Bromo-amine 4 (1 eq), naphthalene 14 (1 eq), Pd (PPh 3 ) 4 (10 mol%) and K 2 CO 3 (1.5 eq) were stirred in toluene at 70 ° C. for 18 hours. The mixture was filtered through diatomaceous earth and the filtrate was washed with LVDS 3 and brine. The organic was dried over DDL 4 and the solvent was removed under reduced pressure to give 15.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

ナフタレン無水物16(1当量)及びナフタレン15(1当量)を、イミダゾール中、130℃で一晩撹拌した。混合物をTHFに溶解し、水で3回洗浄した。有機物を合わせ、MgSO4上で乾燥した。溶媒を減圧下で除去して、17を得た。 Naphthalene anhydride 16 (1 eq) and naphthalene 15 (1 eq) were stirred in imidazole overnight at 130 ° C. The mixture was dissolved in THF and washed 3 times with water. The organics were combined and dried on DDL 4 . The solvent was removed under reduced pressure to give 17.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

アミジン17(1当量)及びPd/C(20%wt/wt)を、H2バルーンが取着された3つ口フラスコ内で18時間撹拌した。混合物を、珪藻土に通して濾過し、溶媒を減圧下で除去して18を得た。 Amidine 17 (1 eq) and Pd / C (20% wt / wt) were stirred in a three-necked flask fitted with an H 2 balloon for 18 hours. The mixture was filtered through diatomaceous earth and the solvent was removed under reduced pressure to give 18.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

アミジン17(1当量)をTHFに溶解し、-80℃で撹拌した。N-ブチルリチウム(1.2当量、2.5M、ヘキサン中)を1滴ずつ添加した。1時間後、トリイソプロピルボランを1滴ずつ添加し、室温に一晩温めた。混合物をNaHCO3及びブラインで洗浄し、MgSO4上で乾燥した。溶媒を減圧下で除去して、19を得た。 Amidine 17 (1 eq) was dissolved in THF and stirred at -80 ° C. N-Butyllithium (1.2 eq, 2.5 M, in hexane) was added drop by drop. After 1 hour, triisopropylborane was added drop by drop and warmed to room temperature overnight. The mixture was washed with LVDS 3 and brine and dried over DDL 4 . The solvent was removed under reduced pressure to give 19.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

ブロモアミジン18(1当量)、アミジンボロン酸エステル19(1当量)、Pd(PPh3)4(10mol%)、K2CO3(1.5当量)を、トルエン中、70℃で18時間撹拌した。混合物を、珪藻土に通して濾過し、濾液をNaHCO3及びブラインで洗浄した。有機物をMgSO4上で乾燥し、溶媒を減圧下で除去して20を得た。 Bromoamidine 18 (1 eq), amidine boronic acid ester 19 (1 eq), Pd (PPh 3 ) 4 (10 mol%) and K 2 CO 3 (1.5 eq) were stirred in toluene at 70 ° C. for 18 hours. The mixture was filtered through diatomaceous earth and the filtrate was washed with LVDS 3 and brine. The organic was dried over DDL 4 and the solvent was removed under reduced pressure to give 20.

Figure 2021503488
Figure 2021503488

カリウムtert-ブトキシド(1当量)、ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)(1.2当量)、エタノールアミン(2.8当量)、及び20(1当量)の混合物を、140℃で11時間加熱した。その後、同量のカリウムtert-ブトキシド、DBU、及びエタノールアミンを添加し、混合物を140℃で18時間保持した。反応混合物を室温に冷却し、1M HClに注ぎ、濾過し、中性pHまで洗浄し、次いで乾燥した結果、最終生成物21が得られた。 A mixture of potassium tert-butoxide (1 eq), diazabicyclo [5.4.0] undeca-7-ene (DBU) (1.2 eq), ethanolamine (2.8 eq), and 20 (1 eq) at 140 ° C. for 11 hours. It was heated. The same amount of potassium tert-butoxide, DBU, and ethanolamine were then added and the mixture was kept at 140 ° C. for 18 hours. The reaction mixture was cooled to room temperature, poured into 1M HCl, filtered, washed to neutral pH and then dried to give the final product 21.

本開示の態様は、高度な非線形電気分極率を特徴とする化合物を提供する。そのような化合物は、極めて高いキャパシタンス及び極めて高いエネルギー貯蔵容量を持つメタキャパシター用の高誘電定数メタ誘電体として有用である。 Aspects of the present disclosure provide compounds characterized by a high degree of non-linear electric polarizability. Such compounds are useful as high dielectric constant metadielectrics for metacapacitors with extremely high capacitance and extremely high energy storage capacity.

上記内容は、本発明の好ましい実施形態の完全な記述であるが、様々な代替例、修正例、及び均等物を使用することが可能である。したがって本発明の範囲は、上記説明を参照して決定されるのではなく、代わりに、添付される特許請求の範囲を、その均等物の全範囲と一緒に参照して決定されるべきである。本明細書に記述される任意の特徴は、好ましくてもそうでなくても、本明細書に記述される任意のその他の特徴と、好ましくてもそうでなくても組み合わせることができる。以下の特許請求の範囲において、不定冠詞「A」又は「An」は、他に明示されたときを除き、冠詞に続く項目の1つ又は複数の量を指す。代替例の要素の列挙において、「又は」という単語は、論理上包括的な意味で使用され、例えば「X又はY」は、他に明示される場合を除き、X単独、Y単独、又はX及びYの両方を一緒に包含する。代替例として列挙される2つ以上の要素は、一緒に組み合わされてもよい。添付される特許請求の範囲は、ミーンズ・プラス・ファンクション(means-plus-function)の限定を、そのような限定が「〜のための手段(means for)」というフレーズを使用して所与の請求項で明示的に列挙されない限り、含むと解釈されるものではない。 The above content is a complete description of preferred embodiments of the invention, but various alternatives, modifications, and equivalents can be used. Therefore, the scope of the present invention should not be determined with reference to the above description, but rather with reference to the appended claims, along with the full scope of its equivalents. .. Any feature described herein may or may not be combined with any other feature described herein, preferably or otherwise. In the claims below, the indefinite article "A" or "An" refers to one or more quantities of items following an article, unless otherwise stated. In the enumeration of the elements of the alternative example, the word "or" is used in a logically comprehensive sense, for example, "X or Y" is X alone, Y alone, or X unless otherwise specified. And Y are included together. Two or more elements listed as alternatives may be combined together. The appended claims are given by the limitation of means-plus-function, such limitation using the phrase "means for". It is not construed to include unless explicitly listed in the claims.

1 第1の電極
2 第2の電極
3 メタ誘電体層
20 メタキャパシター
21 第1の電極
22 第2の電極
23 メタ誘電体材料層
1 1st electrode
2 Second electrode
3 Metadielectric layer
20 Metacapacitor
21 First electrode
22 Second electrode
23 Metadielectric material layer

Claims (20)

下記の一般式(I):
Figure 2021503488
を有する電子分極性化合物であって、
式中、コア1は、二次元平坦形態超分子構造を有する芳香族多環式共役分子であり、R1は、前記芳香族多環式共役分子(コア1)に結合された電子供与性基であり、R1'は、前記芳香族多環式共役分子(コア1)に結合された電子アクセプター基であり、mは、アクセプター基R1の数であり、m'は、供与性基R'の数であり、m及びm'は、0、1、2、3、4、5、又は6に等しく、但しm及びm'は共に0に等しくはなく、R2は、直接又は結合基を介して芳香族多環式共役分子(コア1)に結合された、イオン性液体中で使用されるイオン性化合物のクラスからの1個又は複数のイオン性基を含む置換基であり、pは、0、1、2、3、又は4に等しいイオン性基R2の数であり、
少なくとも1個の基R1及び/又はR1'と共にコア1を有する、NLEと印された断片は、分極の非線形効果を有し、
コア2は電子伝導性オリゴマーであり、nは、0〜4の整数に等しい電子伝導性オリゴマーの数であり、R3は、直接又は結合基を介して電子伝導性オリゴマー(コア2)に結合された、イオン性液体中で使用されるイオン性化合物のクラスからの1個又は複数のイオン性基を含む置換基であり、sは、0、1、2、3、又は4に等しいイオン性基R3の数であり、
R4は、直接又は結合基を介して芳香族多環式共役分子(コア1)及び/又は電子伝導性オリゴマー(コア2)に結合された、抵抗性置換基であり、kは、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しい、置換基R4の数である
電子分極性化合物。
The following general formula (I):
Figure 2021503488
It is an electron-polarizing compound having
In the formula, core 1 is an aromatic polycyclic conjugated molecule having a two-dimensional flat morphological supermolecular structure, and R1 is an electron donating group bonded to the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1). Yes, R1'is the electron acceptor group attached to the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1), m is the number of acceptor groups R1, and m'is the number of donor groups R'. M and m'are equal to 0, 1, 2, 3, 4, 5, or 6, but neither m and m'are equal to 0, and R2 is aromatic, either directly or through a linking group. A substituent containing one or more ionic groups from the class of ionic compounds used in ionic liquids attached to a group polycyclic conjugated molecule (core 1), where p is 0, The number of ionic groups R2 equal to 1, 2, 3, or 4
Fragments marked NLE with core 1 with at least one group R1 and / or R1'have a non-linear effect of polarization.
Core 2 is an electron conductive oligomer, n is the number of electron conductive oligomers equal to an integer from 0 to 4, and R3 is attached to the electron conductive oligomer (core 2) either directly or via a binding group. Also, a substituent containing one or more ionic groups from the class of ionic compounds used in ionic liquids, where s is an ionic group equal to 0, 1, 2, 3, or 4. The number of R3,
R4 is a resistant substituent attached directly or via a linking group to an aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1) and / or an electron conductive oligomer (core 2), where k is 1, 2 , 3, 4, 5, 6, 7, or an electron-polarizing compound that is the number of substituents R4 equal to 8.
芳香族多環式共役分子(コア1)が、1つ又は複数のリレン断片を含む、請求項1に記載の電子分極性化合物。 The electron-polarizing compound according to claim 1, wherein the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1) contains one or more rylene fragments. 1つ又は複数のリレン断片が、1つ若しくは複数のフェニル基、及び/又は1つ若しくは複数のナフチル基、及び/又は1つ若しくは複数のアントリル基と共役している、請求項2に記載の電子分極性化合物。 The second aspect of claim 2, wherein the one or more ribene fragments are conjugated to one or more phenyl groups and / or one or more naphthyl groups and / or one or more anthryl groups. Electropolarizing compound. リレン断片が、構造1から17:
Figure 2021503488
Figure 2021503488
Figure 2021503488
から選択され、式中、nは0〜3の整数である、請求項2に記載の電子分極性化合物。
Riren fragments, structures 1-17:
Figure 2021503488
Figure 2021503488
Figure 2021503488
The electron-polarizing compound according to claim 2, wherein n is an integer of 0 to 3, selected from.
アクセプター基(R1')が、-NO2、-NH3 +及び-NR3 +(第四級窒素塩)、対イオンCl-又はBr-、-CHO(アルデヒド)、-CRO(ケト基)、-SO3H(スルホン酸)、-SO3R(スルホネート)、-SO2NH2、-SO2NHR、-SO2NR2(スルホンアミド)、-COOH(カルボン酸)、-COOR(エステル、カルボン酸側から)、-CONH2、-CONHR、-CONR2(アミド、カルボン酸側から)、-CF3、-CCl3、-CN、-C(CN)2から選択され、式中、Rは、アルキル(メチル、エチル、イソプロピル、tert-ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシル等)、アリル(-CH2-CH=CH2)、ベンジル(-CH2C6H5)基、フェニル(+置換フェニル)、及びその他のアリール(芳香族)基、SO2CN、COCF3を含むリストから選択される基である、請求項1に記載の電子分極性化合物。 Acceptor group (R1 ') is, -NO 2, -NH 3 + and -NR 3 + (quaternary nitrogen salts), counterion Cl - or Br -, -CHO (aldehyde), - CRO (keto group), -SO 3 H (sulfonic acid), - SO 3 R (sulfonate), - SO 2 NH 2, -SO 2 NHR, -SO 2 NR 2 ( sulfonamide), - COOH (carboxylic acid), - COOR (ester, (From the carboxylic acid side), -CONH 2 , -CONHR, -CONR 2 (from the amide, carboxylic acid side), -CF 3 , -CCl 3 , -CN, -C (CN) 2 selected from the formula, R Are alkyl (methyl, ethyl, isopropyl, tert-butyl, neopentyl, cyclohexyl, etc.), allyl (-CH 2 -CH = CH 2 ), benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) groups, phenyl (+ substituted phenyl). The electron-polarizing compound according to claim 1, which is a group selected from the list containing, and other aryl (aromatic) groups, SO 2 CN, and COCF 3 . 供与性基(R1)が、-O-(フェノキシド、-ONa又は-OK等)、-NH2、-NHR、-NR2、-NRR'(アミン)、-OH、-OR(エーテル)、-NHCOR(アミド、アミン側から)、-OCOR(エステル、アルコール側から)、アルキル、-C6H5、ビニルから選択され、式中、R及びR'は独立して、アルキル(メチル、エチル、イソプロピル、tert-ブチル、ネオペンチル、シクロヘキシル等)、アリル(-CH2-CH=CH2)、ベンジル(-CH2C6H5)基、フェニル(+置換フェニル)、及びその他のアリール(芳香族)基を含むリストから選択される、請求項1に記載の電子分極性化合物。 Donating group (R1) is, -O - (phenoxide, -ONa or -OK, etc.), - NH 2, -NHR, -NR 2, -NRR '( amine), - OH, -OR (ether), - Selected from NHCOR (from the amide, amine side), -OCOR (from the ester, alcohol side), alkyl, -C 6 H 5 , vinyl, R and R'in the formula are independently alkyl (methyl, ethyl, Isopropyl, tert-butyl, neopentyl, cyclohexyl, etc.), allyl (-CH 2 -CH = CH 2 ), benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) groups, phenyl (+ substituted phenyl), and other aryls (aromatics) The electron-polarizing compound according to claim 1, which is selected from a list containing a group. 結合基が、CH2、CF2、SiR2O、CH2CH2O、及び構造18〜35:
Figure 2021503488
Figure 2021503488
を含むリストから選択され、式中、Rは、H、アルキル、及びフッ素であり、Xは水素(H)又はアルキル基である、請求項1に記載の電子分極性化合物。
Bonding groups are CH 2 , CF 2 , SiR 2 O, CH 2 CH 2 O, and structures 18-35:
Figure 2021503488
Figure 2021503488
The electron-polarizing compound according to claim 1, wherein R is H, alkyl, and fluorine, and X is hydrogen (H) or an alkyl group, selected from a list comprising.
抵抗性置換基R4が、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、ハロ-アルキル、分枝状及び複合アルキル、分枝状及び複合ハロ-アルキル、ベンジル基、ベンジルアルコキシ基、ベンジルハロ-アルコキシ基、アルコキシ基、ベンジルアルキル基、ベンジルハロ-アルキル基、ハロ-アルコキシ基、ベンジルアリール基、及びベンジルハロ-アリール基、及びこれらの任意の組合せの群から選択される、請求項1に記載の電子分極性化合物。 Resistant substituent R4 is alkyl, aryl, substituted alkyl, substituted aryl, halo-alkyl, branched and composite alkyl, branched and composite halo-alkyl, benzyl group, benzyl alkoxy group, benzyl halo-alkoxy group, alkoxy. The electron-polarizing compound according to claim 1, which is selected from the group of a group, a benzylalkyl group, a benzylhalo-alkyl group, a halo-alkoxy group, a benzylaryl group, and a benzylhalo-aryl group, and any combination thereof. 抵抗性置換基R4が、CXQ2X+1であり、式中、X≧1であり、Qは、水素(H)、フッ素(F)、及び塩素(Cl)を含むリストから選択される、請求項1に記載の電子分極性化合物。 The resistant substituent R4 is C X Q 2X + 1 , in the equation X ≧ 1, where Q is selected from the list containing hydrogen (H), fluorine (F), and chlorine (Cl). , The electron-polarizing compound according to claim 1. 芳香族多環式共役分子(コア1)と、基R1及びR1'とが、非中心対称性分子構造を形成する、請求項1に記載の電子分極性化合物。 The electron-polarizing compound according to claim 1, wherein the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1) and the groups R1 and R1'form a non-centrally symmetric molecular structure. 芳香族多環式共役分子(コア1)と、基R1及びR1'と、抵抗性置換基(R4)とが、非中心対称性分子構造を形成する、請求項1に記載の電子分極性化合物。 The electron-polarizing compound according to claim 1, wherein the aromatic polycyclic conjugated molecule (core 1), the groups R1 and R1', and the resistant substituent (R4) form a non-centrally symmetric molecular structure. .. 下記の一般式(II):
Figure 2021503488
を有し、式中、コア1は芳香族多環式共役分子であり、抵抗性置換基R4は化合物IIの非共役部分であり、
kは、1、2、3、4、5、6、7、又は8に等しい、置換基R4の数であり、パラメーターn=p=s=0である、請求項1に記載の電子分極性化合物。
The following general formula (II):
Figure 2021503488
In the formula, core 1 is an aromatic polycyclic conjugated molecule, and the resistant substituent R4 is a non-conjugated moiety of compound II.
The electronic polarization according to claim 1, wherein k is the number of substituents R4 equal to 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8 and the parameter n = p = s = 0. Compound.
非共役部分の長さが、電子分極性化合物の抵抗率が1015オーム・cmより大きく又は1015オーム・cmに等しくなるように選択される、請求項12に記載の電子分極性化合物。 The length of the non-conjugated portions, the resistivity of the electronic polarization compound is selected to be equal to 10 15 greater than ohm · cm or 10 15 ohm · cm, electronic polarization compound of claim 12. 抵抗性置換基R4が、多環式アルキル基及び多環式ハロ-アルキル基を含み、多環式ハロ-アルキル基は、求電子基(アクセプター)R1が結合しているコア1の尖端に、又は求核基(供与体)R1'が結合しているコア1の尖端に結合されている、請求項12に記載の電子分極性化合物。 The resistant substituent R4 contains a polycyclic alkyl group and a polycyclic halo-alkyl group, and the polycyclic halo-alkyl group is attached to the tip of the core 1 to which the electrophilic group (acceptor) R1 is attached. Alternatively, the electron-polarizing compound according to claim 12, which is attached to the tip of core 1 to which the nucleophilic group (donor) R1'is attached. 抵抗性置換基R4が、アルキル、アリール、置換アルキル、置換アリール、ハロ-アルキル、分枝状及び複合アルキル、分枝状及び複合ハロ-アルキル、ベンジル基、ベンジルアルコキシ基、ベンジルハロ-アルコキシ基、アルコキシ基、ベンジルアルキル基、ベンジルハロ-アルキル基、ハロ-アルコキシ基、ベンジルアリール基、及びベンジルハロ-アリール基、及びこれらの任意の組合せの群から選択される、請求項12に記載の電子分極性化合物。 Resistant substituent R4 is alkyl, aryl, substituted alkyl, substituted aryl, halo-alkyl, branched and composite alkyl, branched and composite halo-alkyl, benzyl group, benzyl alkoxy group, benzyl halo-alkoxy group, alkoxy. The electron-polarizing compound according to claim 12, which is selected from the group of a group, a benzylalkyl group, a benzylhalo-alkyl group, a halo-alkoxy group, a benzylaryl group, and a benzylhalo-aryl group, and any combination thereof. 請求項1に記載の電子分極性化合物を1種又は複数種含有する材料の層を含む、メタ誘電体層。 A metadielectric layer comprising a layer of a material containing one or more of the electron-polarizing compounds according to claim 1. 非線形分極性断片が、少なくとも1個のR4基を持つ芳香族多環式共役分子を含み、前記少なくとも1個のR4基は、超分子構造を互いに電気的に絶縁する抵抗性エンベロープを形成する、請求項1に記載の電子分極性化合物を含むメタ誘電体層。 The non-linear polarization fragment comprises an aromatic polycyclic conjugated molecule having at least one R4 group, said at least one R4 group forming a resistant envelope that electrically insulates the supramolecular structure from each other. A metadielectric layer containing the electron-polarizing compound according to claim 1. 1つ又は複数の超分子構造を含むメタ誘電体層であって、超分子構造が、異なる長さのリレン断片を含む電子分極性化合物によって形成される、メタ誘電体層。 A meta-dielectric layer comprising one or more supramolecular structures, wherein the supramolecular structure is formed by an electron-polarizing compound containing lilene fragments of different lengths. メタ誘電体層の相対誘電率が、1000よりも大きく又は1000に等しく、前記層の抵抗率が、1015オーム・cmよりも大きく又は1015オーム・cmに等しい、請求項16に記載のメタ誘電体層。 The relative dielectric constant of meta dielectric layer is equal to larger or 1000 than 1000, the resistivity of the layer is equal to the greater or 10 15 ohm · cm than 10 15 ohm · cm, according to claim 16 Meta Dielectric layer. 互いに平行に位置決めされた2個の金属電極を含み、前記金属電極間のメタ誘電体層と共に巻回状又は平坦状及び平面状にすることができる、メタ-キャパシターであって、前記メタ誘電体層が、1つ又は複数のタイプの請求項1に記載の電子分極性化合物を含み、少なくとも1個の基R1又はR1'を持つ芳香族多環式共役分子、電子伝導性オリゴマー、並びに電子型及び/又はイオン型の分極率を有するイオン性基を含む非線形分極性断片が、超分子を互いに電気的に絶縁する抵抗性置換基R4によって形成された抵抗性誘電体エンベロープ内に配置されている、メタ-キャパシター。 A meta-condenser that includes two metal electrodes positioned parallel to each other and can be wound or flat and planar with a metadielectric layer between the metal electrodes. Aromatic polycyclic conjugated molecules, electron conductive oligomers, and electronic types in which the layer comprises one or more types of the electron-polarizing compound according to claim 1 and has at least one group R1 or R1'. Non-linear polarization fragments containing ionic groups with and / or ionic polarizabilities are located within a resistant dielectric envelope formed by the resistant substituent R4 that electrically insulates the supermolecules from each other. , Meta-condenser.
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