JP2728027B2 - 有機非線形光学材料 - Google Patents

有機非線形光学材料

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理や光通信な
どで用いられる有機非線形光学材料に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】高調波発生、和周波発生、カー効果、ポ
ッケルス効果のようなさまざまな効果をうみだす非線形
光学現象を用いることにより、波長変換素子、光変調
器、光スイッチさらには、光論理ゲート・光トランジス
タ等の光コンピュータ実現のための基本素子等さまざま
な機能素子が可能となる。従来、非線形光学材料は燐酸
2水素カリウム(KDP)・ニオブ酸リチウム(LiN
bO3 )・ヒ化ガリウム(GaAs)等の無機材料及び
半導体材料がおもに開発されてきた。ところが近年、そ
れらの材料に比べ、非線形光学性能に優れ光応答速度が
非常に速い有機材料が発見され、以来有機材料を用いた
有機非線形光学素子の開発が活発に行われるようになっ
た。
【0003】このような有機非線形光学材料の例とし
て、パラニトロアニリン(pNA)、2−メチル−4−
ニトロアニリン(MNA)(エー・シー・エス シンポ
ジウムシリーズ233(ACS Symposium
Series233),1,1983)や、4−(N,
N−ジメチルアミノ)−3−アセタミドニトロベンゼン
(DAN)(アプライド・フィジクス・レターズ(Ap
pl.Phys.Lett.),51(19),148
4,1987)等があげられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、pNA
のような化合物は、分子としては大きな非線形性を有す
るが、結晶では分子間の双極子−双極子相互作用が大き
いため中心対称となり、第二次高調波発生(SHG)を
発現しない。また、MNA,DAN等は非中心対称性の
結晶を形成し、かつ大きな非線形性を有するが、紫外・
可視吸収の吸収端がMNAでは530nm,DANでは
480nmにあり、半導体レーザ光(λ=700nm〜
1000nm)を透過型で波長変換する場合には、化合
物自身による第二高調波の再吸収による変換効率の低下
や化合物劣化等が問題となる。
【0005】より短波長での第二高調波発生を目的とし
た化合物には、3,5−ジメチル−1−(4−ニトロフ
ェニル)ピラゾール(DMNP)(株式会社シーエムシ
ー発行「新・有機非線形光学材料I」第76〜81頁,
1991)が挙げられるが、DMNPの吸収端は402
nmであり、青色光変換用の材料としての利用は可能で
あるが、紫外光変換には適していない。
【0006】
【発明の目的】本発明の目的は、結晶レベルにおいても
大きな非線形性を有し、かつ、紫外光領域での第二高調
波発生が可能となる有機非線形光学材料を提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、短波長側の吸
収端をもつ有機化合物すなわち下記一般式(1)〜
(3)で示されるピリジン誘導体からなることを特徴と
する有機非線形光学材料である。
【0008】
【化4】
【0009】ここで、化合物(1)において、R1,R
2,R3は水素またはメチル基を示す。R4はアルキル
基,アリール基、アラルキル基を示す。R4で示される
アルキル基,アリール基,アラルキル基としてはメチル
基,エチル基,プロピル基,イソプロピル基,ブチル
基,イソブチル基,sec−ブチル基,tert−ブチ
ル基,ペンチル基,イソペンチル基,ネオペンチル基,
ヘキシル基,ヘプチル基,オクチル基,ノニル基,デシ
ル基,フェニル基,トリル基,キシリル基,エチルベン
ジル基,ナフチル基,ベンジル基,α−メチルベンジル
基,α−エチルベンジル基,フェニルエチル基,スチリ
ル基,シンナミル基,ビフェニリル基等が挙げられるが
この限りではない。
【0010】また、化合物(2),(3)において、R
5,R6,R8,R9は水素またはメチル基を示す。R
7,R10は単数あるいは複数個の置換基を有していて
も良いアルキル基,アリール基,アラルキル基を示す。
R7,R10で示されるアルキル基,アリール基,アラ
ルキル基としては、メチル基,エチル基,プロピル基,
イソプロピル基,ブチル基,イソブチル基,sec−ブ
チル基,tert−ブチル基,ペンチル基,イソペンチ
ル基,ネオペンチル基,ヘキシル基,ヘプチル基,オク
チル基,ノニル基,デシル基,フェニル基,トリル基,
キシリル基,エチルベンジル基,ナフチル基,ベンジル
基,α−メチルベンジル基,α−エチルベンジル基,フ
ェニルエチル基,スチリル基,シンナミル基,ビフェニ
ル基等があげられるがこの限りではない。
【0011】また、R7,R10で示されるアルキル
基,アリール基,アラルキル基上の置換基としてはフッ
素,塩素,臭素などのハロゲン元素,メトキシ基,エト
キシ基などのアルコキシ基,アセチル基,プロピオニル
基,ベンゾイル基などのアシル基,メトキシカルボニル
基,エトキシカルボニル基などのエステル基,ニトロ
基,メチルアミノ基,ジメチルアミノ基などのアルキル
アミノ基,メチルチオ基などのアルキルチオ基,シアノ
基等を示すがこの限りではない。また、R7,R10で
示されるアルキル基,アリール基,アラルキル基上に複
数の置換基を有する場合にはその置換基が同一であって
も異なっていても良い。
【0012】
【作用】本発明のピリジン誘導体からなる有機非線形光
学材料は、融点がいずれも100℃前後あるいは100
℃以上であり、熱的に安定であり、耐候性にも優れてい
る。
【0013】本発明のピリジン誘導体(1)は共役系基
本骨格として複素化合物であるピリジンを有し、ピリ
ジン環の2位にアルコキシ基を有し3位にシアノ基を有
するものである。また、4位、5位、6位に水素あるい
はメチル基を有することにより分子および結晶の中心対
称性をなくしたものである。
【0014】ピリジン誘導体(2)は2位にアミド基を
有し、4位、6位に水素あるいはメチル基を有すること
により分子及び結晶の中心対称性をなくしたものであ
る。
【0015】ピリジン誘導体(3)は2位にアミド基,
5位に臭素元素を有し、4位、6位に水素あるいはメチ
ル基を有することにより分子及び結晶の中心対称性をな
くしたものである。
【0016】ピリジン誘導体(1)〜(3)は、ピリジ
ン環自体に極性を有し、さらに極性置換基であるアルコ
キシ基,シアノ基,アミド基,臭素元素を有することに
よって大きな非線形性を有するものである。また、ピリ
ジンに有する極性基の電子供与性あるいは電吸引性が
比較的弱いため、分子の吸収端を短波長側にしたもので
ある。この有機化合物は市販の有機化合物を用いて容易
に合成することが可能であり、工業的にも充分利用が可
能である。
【0017】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0018】(実施例1)
【化5】
【0019】3−シアノ−4,6−ジメチル−2(1
H)−ピリドン3.35g(25mmol)とヨードエ
タン7.80g(50mmol)と炭酸銀4.0g(1
8mmol)をベンゼン50mlに溶解し100mlナ
スフラスコに入れ、光を遮断し40℃で12時間撹拌し
た。反応溶液を室温まで冷却し、セライトにより析出し
た銀塩を濾別した。ベンゼンを減圧下留去した後、シリ
カゲルクロマトグラフィー(ベンゼン:酢酸エチル=
9:1溶媒)で精製することにより3−シアノ−2−エ
トキシ−4,6−ジメチルピリジン4.1g(収率93
%)を得た。融点は、85〜86℃であり、エタノール
溶液中での吸収端は311.2nmであった。
【0020】 元素分析値 C H N 理論値 68.16% 6.86% 15.90% 実測値 68.05 6.88 15.91
【0021】1H−NMRスペクトル(CDCl3 ) δ1.41(ppm)(3H,t,J=7.2Hz,CH2 CH3 ) 2.43 (6H,s, ,CH3 ×2) 4.45 (2H,q, ,CH2 CH3 ) 6.66 (8H,s, ,ピリジン
【0022】
【0023】
【0024】SHG強度の測定は、粉末法により行い、
光源は、LDレーザ励起のNd:YLFレーザー(波長
1047nm)を用い、試料は乳鉢により50μm以下
に粉砕したものを使用し、ウレアの20〜30倍の強度
を有した。また、SHG強度の粒径依存性から本実施例
の化合物は位相整合可能であることが判明した。
【0025】同様にして合成したシアノピリジン化合物
について、YLFレーザー(波長1047nm)のSH
G強度とエタノール溶液中での吸収端波長について表1
に示す。
【0026】
【表1】
【0027】(実施例2)
【化6】
【0028】2−アミノ−4,6−ジメチルピリジン
5.0g(47mmol)とピリジン4.7g(47m
mol)をジクロロメタン100mに溶解し、還流冷
却器、滴下ロートのついた三つ口フラスコに入れ、室温
で撹拌した。滴下ロートより、p−トリルクロリド4.
9g(47mmol)のジクロロメタン20m溶液を
滴下し、室温で2時間撹拌する。ジクロロメタンで抽出
し、乾燥後、溶媒を減圧下留去させて4,6−ジメチル
−2−(4−メチルベンズアニリド)ピリジン7.8g
(収率95%)を得た。融点は、131〜136℃であ
り、エタノール溶液中での吸収端は326.0nmであ
った。
【0029】 元素分析値 C H N 理論値 74.97% 6.71% 11.66% 実測値 74.89 6.8 11.71
【0030】1H−NMRスペクトル(CDCl3 ) δ2.28(ppm)(6H,s, ,CH3 ×2) 2.32 (3H,s, ,CH3 ) 6.61 (1H,s, ,ピリジン環) 7.12 (2H,d,J=7.8Hz,ベンゼン環) 7.71 (2H,d,J=7.8Hz,ベンゼン) 7.93 (1H,s, ,ピリジン) 8.37 (1H,s, ,NH)
【0031】SHG強度の測定は実施例1と同様に行
い、ウレアの10〜20倍の強度を有した。また、SH
G強度の粒径依存性から本実施例の化合物は位相整合可
能であることが判明した。
【0032】同様にして合成したピリジン化合物につい
て、YLFレーザー(波長1047nm)のSHG強度
とエタノール溶液中での吸収端波長について表2に示
す。
【0033】
【表2】
【0034】(実施例3)
【化7】
【0035】酢酸ナトリウムの0.33g(4mmo
l)を水10mlに溶解し、滴下ロートの付いたナスフ
ラスコに入れる。2−(4−クロロベンズアニリド)−
4,6−ジメチルピリジン1.0g(4mmol)を加
え、撹拌しながら臭素0.8g(5mmol)の氷酢酸
1ml溶液を滴下した。室温で12時間撹拌した後、析
出した結晶をジエチルエーテルに溶解させジエチルエー
テルで抽出した。乾燥後、溶媒を減圧下留去して3−ブ
ロモ−6−(4−クロロベンズアニリド)−2,4−ジ
メチルピリジン0.95g(収率70%)を得た。融点
は、130〜134℃であり、エタノール溶液中での吸
収端は338.0nmであった。
【0036】 元素分析値 C H N 理論値 49.51% 3.56% 8.25% 実測値 49.55 3.5 8.18
【0037】1H−NMRスペクトル(CDCl3 ) δ2.45(ppm)(3H,s, CH3 ) 2.58 (3H,s, CH3 ) 7.47 (2H,d,J=8.3Hz,ベンゼン) 7.86 (2H,d,J=8.3Hz,ベンゼン) 8.12 (1H,s, ,ピリジン) 8.43 (1H,s, ,NH)
【0038】SHG強度の測定は実施例1と同様に行
い、ウレアの10〜20倍の強度を有した。また、SH
G強度の粒径依存性から本実施例の化合物は位相整合可
能であることが判明した。
【0039】同様にして合成したブロモピリジン化合物
について、YLFレーザー(波長1047nm)のSH
G強度とエタノール溶液中での吸収端波長について表3
に示す。
【0040】
【表3】
【0041】
【発明の効果】本発明により、大きな光非線形を有し、
かつ紫外光領域での第二高調波発生を透過型で可能とす
る有機非線形光学材料を提供することができる。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1)で示される3−シアノ
    ピリジン誘導体からなることを特徴とする有機非線形光
    学材料。 【化1】 (式中、R1,R2,R3は水素またはメチル基を示
    す。R4はアルキル基、アリール基、アラルキル基を示
    す。)
  2. 【請求項2】 下記一般式(2)で示されるピリジン誘
    導体からなることを特徴とする有機非線形光学材料。 【化2】 (式中、R5,R6は水素またはメチル基を示す。R7
    は単数あるいは複数個の置換基を有していてもよいアル
    キル基、アリール基、アラルキ基を示す。)
  3. 【請求項3】 下記一般式(3)で示されるブロモピリ
    ジン誘導体からなることを特徴とする有機非線形光学材
    料。 【化3】 (式中、R8,R9は水素またはメチル基を示す。R1
    0は単数あるいは複数個の置換基を有していてもよいア
    ルキル基、アリール基、アラルキル基を示す。)
  4. 【請求項4】 R7,R10で示されるアルキル基,ア
    リール基,アラルキル基上の置換基がハロゲン元素,ア
    ルコキシ基,アシル基,エステル基,ニトロ基で表され
    る基である請求項2または請求項3の有機非線形光学材
    料。
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