JP2789699B2 - Materials for nonlinear optical elements - Google Patents

Materials for nonlinear optical elements

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光通信や光情報処理等に使用される非線形
光学素子用材料、詳しくは、電子吸引性置換基と共役π
電子系分子を含有するシクロブテンジオン環からなる非
線形光学素子用材料に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a material for a non-linear optical element used for optical communication and optical information processing, and more particularly to a material having an electron-withdrawing substituent and a conjugated π.
The present invention relates to a material for a nonlinear optical element comprising a cyclobutenedione ring containing an electronic molecule.

従来の技術 光通信や光情報処理の分野では、非線形光学素子が重
要な役割を果たす。非線形光学素子用材料は、周波数が
異なる二種の入射光の和の周波数を発生する光混合、周
波数の異なる二種の光となる光パラメトリック、また、
電気的、光学的に光媒体の屈折率を変化させるポッケル
ス効果やカー効果、或いは入射光の2次高調波(SHG)
又は3次高調波(THG)への変換など、光信号処理の上
で極めて重要な作用をもつ。
2. Description of the Related Art In the fields of optical communication and optical information processing, nonlinear optical elements play an important role. Nonlinear optical element material is light mixing that generates the sum frequency of two types of incident light with different frequencies, optical parametric that becomes two types of light with different frequencies,
The Pockels effect or Kerr effect that changes the refractive index of an optical medium electrically or optically, or the second harmonic (SHG) of incident light
Or, it has a very important effect on optical signal processing, such as conversion to third harmonics (THG).

従来、非線形光学素子用材料としては、KDP(KH2P
O4)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)等の無機物結晶が知
られていたが、要求を満足するに足る材料が見出だされ
なかった。
Conventionally, KDP (KH 2 P
Inorganic crystals such as O 4 ) and lithium niobate (LiNbO 3 ) have been known, but no material has been found that satisfies the requirements.

有機非線形光学材料は、近年オプトエレクトロニクス
分野における新光学材料として注目され、年々研究が盛
んになっている。特に、π電子共役系を有する有機化合
物は、その分子単体の性能の大きさと高速の応答性か
ら、材料探索の為の研究が数多くなされている。一般
に、有機化合物の結晶は、無機化合物の結晶に比べて、
SHGの係数が10〜100倍程度大きく、光応答速度も1000倍
程度速く、また光損傷に対する閾値も大きいことが知ら
れている。
Organic nonlinear optical materials have recently attracted attention as new optical materials in the field of optoelectronics, and have been actively studied year by year. In particular, organic compounds having a π-electron conjugated system have been extensively studied for material search due to the high performance and high-speed response of the molecule itself. In general, crystals of an organic compound are better than crystals of an inorganic compound.
It is known that the coefficient of SHG is about 10 to 100 times larger, the light response speed is about 1000 times faster, and the threshold value for optical damage is large.

従来知られている有機非線形光学材料としては、2−
メチル−4−ニトロアニリン、m−ニトロアニリン、N
−(4−ニトロフェニル)−L−プロリノール、2−ア
セチルアミノ−4−ニトロ−N,N−ジメチルアニリン、
4−ジメチルアミノ−4′−ニトロスチルベン、4′−
ジメチルアミノ−N−メチル−4−スチルバゾリウムメ
チルスルフェート及び4′−メチルビンジリデン−4−
ニトロアニリンなどがある。これらπ電子共役系を有す
る有機化合物の光非線形性は、電磁波としてのレーザ光
と有機化合物のπ電子との相互作用に起因するものであ
って、この相互作用は、π電子共役系に電子吸引性、電
子供与性の置換基を導入することにより、更に大きくす
ることができる。
Conventionally known organic nonlinear optical materials include 2-
Methyl-4-nitroaniline, m-nitroaniline, N
-(4-nitrophenyl) -L-prolinol, 2-acetylamino-4-nitro-N, N-dimethylaniline,
4-dimethylamino-4'-nitrostilbene, 4'-
Dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium methyl sulfate and 4'-methylvindylidene-4-
Nitroaniline and the like. The optical nonlinearity of these organic compounds having a π-electron conjugate system is due to the interaction between laser light as an electromagnetic wave and π-electrons of the organic compound. The size can be further increased by introducing a substituent having an electron-donating property.

ところが、この様な有機化合物系においては、一般に
双極子モーメントが大きくなり、結晶時の双極子−双極
子相互作用が強くなり、隣接する2分子の双極子が互い
に打ち消し合う中心対称性の結晶を形成し易くなる。そ
して、応用面で重要な二次の非線形光学効果は、このよ
うな中心対称性結晶では発現しないという問題がある。
結晶状態で光非線形性を発現させる上で問題となる中心
対称性を崩す為に、水素結合能を有する置換基や不斉炭
素原子を有する光学活性置換基をπ電子共役系に分子設
計時に導入するという工夫がなされている。
However, in such an organic compound system, the dipole moment generally increases, the dipole-dipole interaction at the time of crystallization increases, and a centrally symmetric crystal in which dipoles of two adjacent molecules cancel each other out. Easy to form. Then, there is a problem that the second-order nonlinear optical effect, which is important in application, does not appear in such a centrally symmetric crystal.
In order to break the central symmetry, which is a problem in expressing optical nonlinearity in the crystalline state, a substituent having hydrogen bonding ability or an optically active substituent having an asymmetric carbon atom is introduced into the π-electron conjugate system at the time of molecular design. The idea is to do it.

発明が解決しようとする課題 一般に、非線形光学素子用材料として必要とされる特
性は、光非線形性の大きさ、光の透過性、耐レーザ損傷
強度、結晶性、位相整合性、加工性、機械的強度、吸湿
性等があげられる。
Problems to be Solved by the Invention In general, the properties required as a material for a nonlinear optical element include the magnitude of optical nonlinearity, light transmission, laser damage resistance, crystallinity, phase matching, workability, and mechanical properties. Strength, hygroscopicity and the like.

従来から知られている非線形光学素子用材料の中か
ら、以上のような実用上必要とされる諸要求を満足する
非線形光学素子用材料を選ぶことは困難であった。
It has been difficult to select a material for a nonlinear optical element that satisfies the above-mentioned various practically required requirements from conventionally known materials for a nonlinear optical element.

本発明は、従来より知られている非線形光学素子用材
料の上記問題点を改良することを目的としてなされたも
のであって、その目的は、大きな非線形光学効果、保存
安定性及び加工性を改良して、実用的な有機非線形光学
素子用材料を提供することにある。
The present invention has been made in order to improve the above-described problems of the conventionally known materials for a nonlinear optical element, and has an object to improve a large nonlinear optical effect, storage stability, and processability. Another object of the present invention is to provide a practical material for an organic nonlinear optical element.

本発明の他の目的は、二次の非線形光学効果の大きい
有機非線形光学素子用材料を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a material for an organic nonlinear optical element having a large second-order nonlinear optical effect.

課題を解決するための手段 本発明者等は、分子の双極子モーメントが大きく、結
晶時に中心対称性を形成し易い化合物系であっても分子
に適切な置換基を導入することにより、特に、二次の非
線形光学効果の大きい有機非線形光学素子用材料が得ら
れることを見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have found that a dipole moment of a molecule is large, and by introducing an appropriate substituent into a molecule even in a compound system which easily forms central symmetry during crystallization, The present inventors have found that a material for an organic nonlinear optical element having a large second-order nonlinear optical effect can be obtained, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の上記目的は、下記一般式(I)で
示される化合物を使用することによって達成される。
That is, the above object of the present invention is achieved by using a compound represented by the following general formula (I).

本発明の非線形光学素子用材料は、下記一般式(I)
で示される化合物よりなる。
The material for a nonlinear optical element of the present invention has the following general formula (I)
And a compound represented by the formula:

(式中Arは、π電子共役系化合物残基を示し、Xは、ア
ミノ基、又は酸素原子もしくは窒素原子を介してシクロ
ブテンジオン環に結合する有機化合物残基を示す) 本発明において使用される上記一般式(I)で示され
る化合物において、Arの、π電子共役系化合物残基とし
ては、芳香族系、多環芳香族系および複素環系化合物の
残基があげられる。
(Wherein, Ar represents a π-electron conjugated compound residue, and X represents an organic compound residue bonded to a cyclobutenedione ring via an amino group or an oxygen atom or a nitrogen atom). In the compound represented by the above general formula (I), the π-electron conjugated compound residue of Ar includes aromatic, polycyclic aromatic and heterocyclic compound residues.

好ましくは、π−電子共役系のいずれかの位置に電子
供与性の置換基を有する化合物である。ここで、π−電
子共役系とは、ベンゼン、ナフタレン、アセトラセン、
ピレン、ピリジン、ピロール、インドール、カルバゾー
ル、スチルベン、アゾベンゼン、ベンジリデンアニリ
ン、ジフェニルアセチレン及びジフェニルジアセチレン
等の化合物及びその誘導体である。また、電子供与性の
置換基としては、アミノ基、イミノ基、アルコキシ基、
アルキルチオ基、ヒドロキシアルキル基、アルキル基等
があげられる。
Preferably, the compound has an electron-donating substituent at any position of the π-electron conjugated system. Here, the π-electron conjugate system means benzene, naphthalene, acetoracene,
Compounds such as pyrene, pyridine, pyrrole, indole, carbazole, stilbene, azobenzene, benzylideneaniline, diphenylacetylene and diphenyldiacetylene and derivatives thereof. Further, as the electron donating substituent, an amino group, an imino group, an alkoxy group,
Examples thereof include an alkylthio group, a hydroxyalkyl group, and an alkyl group.

上記一般式(I)において、置換基Xは、アミノ基、
又は酸素原子もしくは窒素原子を介してシクロブテンジ
オン環に結合する有機化合物残基であって、具体的に
は、アンモニア、脂肪族又は芳香族アルコール類、窒素
原子に活性水素が結合した低分子又は高分子アミン類
(X−H)と、3−クロロシクロブテンジオン環又は3
−アルコキシシクロブテンジオン環との反応により導入
することができる。
In the general formula (I), the substituent X is an amino group,
Or an organic compound residue bonded to the cyclobutenedione ring via an oxygen atom or a nitrogen atom, specifically, ammonia, an aliphatic or aromatic alcohol, a low molecule in which active hydrogen is bonded to a nitrogen atom or A polymeric amine (XH) and a 3-chlorocyclobutenedione ring or 3
-Can be introduced by reaction with an alkoxycyclobutenedione ring.

また、バルク状態での分子の配向を制御するために
は、更にこれ等の置換基Xが不斉炭素原子を有し、光学
活性であることが望ましい。
Further, in order to control the orientation of molecules in a bulk state, it is desirable that these substituents X further have an asymmetric carbon atom and are optically active.

その場合、分子自体の双極子モーメントが大きい場合
であっても、バルク構造における分子の配向を制御し、
中心対称性を崩すことにより、大きな光非線形性を発現
させることができる。
In that case, even if the dipole moment of the molecule itself is large, it controls the orientation of the molecule in the bulk structure,
By breaking the central symmetry, large optical nonlinearity can be developed.

本発明における上記一般式(I)で示される化合物の
具体例を以下に例示する。
Specific examples of the compound represented by the general formula (I) in the present invention are shown below.

4−(4′−ジメチルアミノフェニル)−3−イソプ
ロピルアミノシクロブテン−1,2−ジオン〔化合物(I
−1)〕 4−(4′−ジメチルアミノフェニル)−3−(2′
−ヒドロキシエチル−1′−アミノ)シクロブテン−1,
2−ジオン〔化合物(I−2)〕 4−(4′−ジメチルアミノフェニル)−3−(2′
−ヒドロキシプロピル−1′−アミノ)シクロブテン−
1,2−ジオン〔化合物(I−3)〕 4−(4′−ジメチルアミノフェニル)−3−(2′
−t−ブトキシカルボニルピロリジニル)シクロブテン
−1,2−ジオン〔化合物(I−4)〕 4−(4′−ジメチルアミノ−2′−メチルフェニ
ル)−3−(2′−t−ブトキシカルボニルピロリジニ
ル)シクロブテン−1,2−ジオン〔化合物(I−5)〕 4−(4′−ジメチルアミノ−2′−エチルフェニ
ル)−3−(1′−ヒドロキシブチル−2′−アミノ)
シクロブテン−1,2−ジオン〔化合物(I−6)〕 4−(4′−ジメチルアミノ−2′−エチルフェニ
ル)−3−(1′−ヒドロキシプロピル−2′−アミ
ノ)シクロブテン−1,2−ジオン〔化合物(I−7)〕 4−(4′−ジメチルアミノ−2′−エチルフェニ
ル)−3−(2′−t−ブトキシカルボニルピロリジニ
ル)シクロブテン−1,2−ジオン〔化合物(I−8)〕 4−(4′−ジメチルアミノ−2′−メトキシフェニ
ル)−3−(1′−ヒドロキシプロピル−2′−アミ
ノ)シクロブテン−1,2−ジオン〔化合物(I−9)〕 4−(4′−ジメチルアミノ−2′−ヒドロキシフェ
ニル)−3−(2′−t−ブトキシカルボニルピロリジ
ニル)シクロブテン−1,2−ジオン〔化合物(I−1
0)〕 4−(4′−ジメチルアミノフェニル)−3−アミノ
シクロブテン−1,2−ジオン〔化合物(I−11)〕 本発明における上記一般式(I)で示される化合物
は、次に示す反応式(A)及び(B)のいずれかに従っ
て収率良く容易に合成することができる。
4- (4'-dimethylaminophenyl) -3-isopropylaminocyclobutene-1,2-dione [compound (I
-1)] 4- (4'-dimethylaminophenyl) -3- (2 '
-Hydroxyethyl-1'-amino) cyclobutene-1,
2-dione [compound (I-2)] 4- (4'-dimethylaminophenyl) -3- (2 '
-Hydroxypropyl-1'-amino) cyclobutene-
1,2-dione [compound (I-3)] 4- (4'-dimethylaminophenyl) -3- (2 '
-Tert-butoxycarbonylpyrrolidinyl) cyclobutene-1,2-dione [compound (I-4)] 4- (4'-dimethylamino-2'-methylphenyl) -3- (2'-tert-butoxycarbonyl (Pyrrolidinyl) cyclobutene-1,2-dione [compound (I-5)] 4- (4'-dimethylamino-2'-ethylphenyl) -3- (1'-hydroxybutyl-2'-amino)
Cyclobutene-1,2-dione [compound (I-6)] 4- (4'-dimethylamino-2'-ethylphenyl) -3- (1'-hydroxypropyl-2'-amino) cyclobutene-1,2 -Dione [compound (I-7)] 4- (4'-dimethylamino-2'-ethylphenyl) -3- (2'-t-butoxycarbonylpyrrolidinyl) cyclobutene-1,2-dione [compound ( I-8)] 4- (4'-Dimethylamino-2'-methoxyphenyl) -3- (1'-hydroxypropyl-2'-amino) cyclobutene-1,2-dione [Compound (I-9)] 4- (4'-dimethylamino-2'-hydroxyphenyl) -3- (2'-tert-butoxycarbonylpyrrolidinyl) cyclobutene-1,2-dione [compound (I-1
0)] 4- (4'-dimethylaminophenyl) -3-aminocyclobutene-1,2-dione [compound (I-11)] The compound represented by the above general formula (I) in the present invention is It can be easily synthesized in good yield according to any of the reaction formulas (A) and (B) shown.

まず第1段階の反応として、反応式(A)の場合につ
いては、例えば約40〜50℃の温度において、式(II)の
化合物、例えばジメチルアニリン約20〜50mmolと式(II
I)のジクロロシクロブテンジオン約60〜150mmolを約10
0〜1000mlのフリーデルクラフツ溶剤(例えば2硫化炭
素、ニトロベンゼン、塩化メチレン等)中で混合、攪拌
することによって反応を行う。この反応は触媒、好まし
くは、例えば約20〜100mmolの塩化アルミニウムの存在
下で遂行される。反応は約4〜8時間続行され、その後
フリーデルクラフツ溶剤を除去して、中間体として、式
(IV)のクロロシクロブテンジオン誘導体を得る。
First, as a reaction of the first step, in the case of the reaction formula (A), for example, at a temperature of about 40 to 50 ° C., a compound of the formula (II), for example, about 20 to 50 mmol of dimethylaniline and the formula (II)
I) about 60 to 150 mmol of dichlorocyclobutenedione in about 10
The reaction is carried out by mixing and stirring in 0 to 1000 ml of a Friedel-Crafts solvent (for example, carbon disulfide, nitrobenzene, methylene chloride, etc.). The reaction is carried out in the presence of a catalyst, preferably, for example, about 20 to 100 mmol of aluminum chloride. The reaction is allowed to continue for about 4-8 hours, after which the Friedel-Crafts solvent is removed to give, as an intermediate, the chlorocyclobutenedione derivative of formula (IV).

また、反応式(B)の場合については、式(V)のジ
アルキルコキシシクロブテンジオン約20〜100mmolを、
トリアルキルオキソニウム塩、例えばトリエチルオキソ
ニウムフルオロボレート約50〜200mmol、ハロゲン化溶
剤、例えば塩化メチレン約50〜250ml及び式(II)の化
合物、例えばジメチルアニリン約20〜200mmolと共に室
温で反応させる。6〜12時間撹拌した後、溶剤を減圧除
去し、中間体として、式(VI)のアルコキシシクロブテ
ンジオン誘導体を得る。
Further, in the case of the reaction formula (B), about 20 to 100 mmol of the dialkyloxycyclobutenedione of the formula (V) is
The reaction is carried out at room temperature with about 50 to 200 mmol of a trialkyloxonium salt, for example triethyloxonium fluoroborate, about 50 to 250 ml of a halogenated solvent, for example methylene chloride and a compound of formula (II), for example about 20 to 200 mmol of dimethylaniline. After stirring for 6 to 12 hours, the solvent is removed under reduced pressure to obtain an alkoxycyclobutenedione derivative of the formula (VI) as an intermediate.

次いで、第2段階の反応として、上記のようにして得
られた一般式(IV)又は(VI)で示される化合物を、活
性水素を有する化合物(X−H)と反応させる。すなわ
ち、一般式(IV)又は(VI)で示される化合物を、アセ
トン、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノールな
どの溶媒に懸濁或いは溶解させる。次いで、この懸濁液
或いは溶液に、一般式(IV)又は(VI)で示される化合
物に対して当量以上の上記した活性水素を有する化合物
(X−H)を、撹拌しながら徐々に加え、反応させる。
反応は、通常、速やかに進行するが、必要に応じて加熱
することも可能である。反応の進行に伴い、生成物が析
出してくる場合は、濾過し、また、生成物が析出しない
場合は、濃縮或いは貧溶媒を加え、析出させる。得られ
た一般式(I)で示される化合物は、必要により、アル
コール、アセトンなどの溶媒により再結晶させ、或いは
昇華により精製する。
Next, as a second step reaction, the compound represented by the general formula (IV) or (VI) obtained as described above is reacted with the compound (XH) having active hydrogen. That is, the compound represented by the general formula (IV) or (VI) is suspended or dissolved in a solvent such as acetone, tetrahydrofuran, methanol, and ethanol. Then, to this suspension or solution, a compound (XH) having the above-mentioned active hydrogen in an equivalent amount or more to the compound represented by the general formula (IV) or (VI) is gradually added while stirring, Let react.
The reaction usually proceeds promptly, but can be heated if necessary. If the product precipitates as the reaction proceeds, the product is filtered. If the product does not precipitate, the product is concentrated or a poor solvent is added to precipitate. The obtained compound represented by the general formula (I) is, if necessary, recrystallized with a solvent such as alcohol or acetone, or purified by sublimation.

本発明における一般式(I)中に置換基Xを導入し得
る活性水素を有する化合物(X−H)の具体例を示す
と、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロ
パノール、ブタノール、t−ブチルアルコール、ペンタ
ノール、ヘキサノール、ヘプタノール、デカノール、オ
クタデシルアルコール、ポリビニルアルコール、活性ア
ミルアルコール、S−(+)−3−ヒドロキシ−n−酪
酸メチル(L)、S−(−)−フェニルエチルアルコー
ル、S−(−)−2−メチル−1−オクタノール、S−
(−)−フェニルメチルカルビノールなどのアルコール
系化合物、NH3、メチルアミン、ホルムアミド、ヒドラ
ジン、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミ
ン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミ
ン、オクタデシルアミン、β−ヒドロキシエチルアミ
ン、アニリン、p−ニトロアニリン、ポリアミン、ポリ
イミン、S−(−)−α−メチルベンジルアミン、R−
(+)−α−(1−アミノエチル)ナフタレン、R−
(+)−1−フェニルエチルアミンなどのアミノ及びイ
ミノ化合物、及び、S−(+)−2−アミノ−1−プロ
パノール、R−(−)−1−アミノ−2−プロパノー
ル、R−(−)−2−アミノ−1−ブタノール、D−フ
ェニルアラニン、L−プロリノール、L−ロイシノー
ル、L−メチオニノール、L−バリノール、2−アミノ
−1,3−プロパンジオール、3−アミノ−1−プロパノ
ール、1−アミノ−2−ブタノール、L−アラニン−t
−ブチルエステル、L−プロリン−t−ブチルエステ
ル、L−アラニンメチルエステル、L−プロリンメチル
エステル、L−バリンメチルエステル、L−イソロイシ
ンメチルエステル、L−ロイシンメチルエステル、L−
アラニンエチルエステル、L−フェニルアラニンメチル
エステル、L−プロリンベンジルエステル、L−チロシ
ンエチルエステル、L−ノルアドレナリン、L−メチオ
ニンエチルエステル及びそれらのD−体等のアミノ酸誘
導体があげられる。
Specific examples of the compound (XH) having an active hydrogen capable of introducing the substituent X into the general formula (I) in the present invention include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, t-butyl alcohol, and pen. Tanol, hexanol, heptanol, decanol, octadecyl alcohol, polyvinyl alcohol, active amyl alcohol, methyl S-(+)-3-hydroxy-n-butyrate (L), S-(-)-phenylethyl alcohol, S-(- ) -2-Methyl-1-octanol, S-
(-) - alcohol compound such as phenyl methyl carbinol, NH 3, methylamine, formamide, hydrazine, dimethylamine, ethylamine, diethylamine, propylamine, isopropylamine, butylamine, octadecylamine, beta-hydroxy ethylamine, aniline, p -Nitroaniline, polyamine, polyimine, S-(-)-α-methylbenzylamine, R-
(+)-Α- (1-aminoethyl) naphthalene, R-
Amino and imino compounds such as (+)-1-phenylethylamine, and S-(+)-2-amino-1-propanol, R-(-)-1-amino-2-propanol, R-(-) -2-amino-1-butanol, D-phenylalanine, L-prolinol, L-leucinol, L-methioninol, L-valinol, 2-amino-1,3-propanediol, 3-amino-1-propanol, -Amino-2-butanol, L-alanine-t
-Butyl ester, L-proline-t-butyl ester, L-alanine methyl ester, L-proline methyl ester, L-valine methyl ester, L-isoleucine methyl ester, L-leucine methyl ester, L-
Examples thereof include amino acid derivatives such as alanine ethyl ester, L-phenylalanine methyl ester, L-proline benzyl ester, L-tyrosine ethyl ester, L-noradrenaline, L-methionine ethyl ester, and D-forms thereof.

次に、上記一般式(I)で示される化合物の一例につ
いて、合成例を示す。
Next, a synthesis example of an example of the compound represented by the general formula (I) will be described.

合成例 4−(4′−ジメチルアミノフェニル)−3−イソプロ
ピルアミノシクロブテン−1,2−ジオン〔例示化合物
(I−1)〕の合成: 4−(4′−ジメチルアミノフェニル)−3−メトキ
シシクロブテン−1,2−ジオン0.5g(2.2mmol)をイソプ
ロピルアミン20mlに加え、加熱しながら攪拌し、約2時
間反応させる。反応終了後、蒸発乾固し、後に残った残
渣をメタノールで再結晶することにより、下記式で示さ
れる例示化合物(I−1)の黄緑色結晶0.22g(0.85mmo
l)(収率39%)を得る。
Synthesis Example Synthesis of 4- (4′-dimethylaminophenyl) -3-isopropylaminocyclobutene-1,2-dione [exemplified compound (I-1)]: 4- (4′-dimethylaminophenyl) -3- 0.5 g (2.2 mmol) of methoxycyclobutene-1,2-dione is added to 20 ml of isopropylamine, and the mixture is stirred with heating and reacted for about 2 hours. After completion of the reaction, the mixture was evaporated to dryness, and the remaining residue was recrystallized from methanol to give 0.22 g (0.85 mmol) of yellow-green crystals of the exemplary compound (I-1) represented by the following formula.
l) (39% yield).

融点:234℃ 極大吸収波長:397nm(C2H5OH中) 元素分析 C H N 計算値 69.74 7.02 10.85 実測値 69.52 7.22 10.72 上記一般(I)で示される他の化合物も上記合成例と
同様にして合成することができる。
Melting point: 234 ° C. Maximum absorption wavelength: 397 nm (in C 2 H 5 OH) Elemental analysis C H N Calculated value 69.74 7.02 10.85 Observed value 69.52 7.22 10.72 Other compounds represented by the above general formula (I) were prepared in the same manner as in the above synthesis examples. Can be synthesized.

本発明における上記一般式(I)で示される化合物
で、非線形光学素子の構成材料として使用される。非線
形光学素子としては、例えば、光波長変換素子、光シャ
ッター、高速光スイッチング素子、光論理ゲート、光ト
ランジスターなどがあげられる。
The compound represented by the general formula (I) in the present invention is used as a constituent material of a nonlinear optical element. Examples of the nonlinear optical element include an optical wavelength conversion element, an optical shutter, a high-speed optical switching element, an optical logic gate, and an optical transistor.

作用 本発明における、上記一般式(I)で示される化合物
は、その中に含まれるシクロブテンジオン環がニトロ基
なみの強い電子吸引性を有すると共に、長いπ−電子共
役系を持ち、その為、分子全体が電子的に大きく分極し
た構造を取り易くなり、高い光非線形性を有するおのと
なっている。
Action In the present invention, the compound represented by the general formula (I) has a cyclobutenedione ring having a strong electron-withdrawing property like a nitro group and a long π-electron conjugated system. In addition, the whole molecule can easily take a structure that is greatly polarized electronically, and has high optical nonlinearity.

また、上記一般式(I)中のXとして、不斉炭素原子
を有する置換基が導入されているので、大きな双極子モ
ーメントを持つπ−電子共役系を含む場合であっても、
高い光非線形性を有するものとなっている。
Further, since a substituent having an asymmetric carbon atom is introduced as X in the general formula (I), even when a π-electron conjugated system having a large dipole moment is included,
It has high optical nonlinearity.

さらに、上記一般式(I)で示される化合物は、耐熱
性、耐光性に優れ、安定性や加工性が良いので、非線形
光学素子用材料として活用することができる。
Further, the compound represented by the general formula (I) has excellent heat resistance and light resistance, and has good stability and workability, and thus can be used as a material for a nonlinear optical element.

実施例 本発明を実施例により詳細に説明する。Examples The present invention will be described in detail with reference to examples.

実施例1 4−(4′ジメチルアミノフェニル)−3−イソプロ
ピルアミノシクロブテン−1,2−ジオン(例示化合物I
−1)をガラスセル中に充填した粉末のサンプルに、N
d:YAGレーザ(波長1.064μm、出力180mJ/パルス)を照
射すると、SHGに起因する532nmの緑色散乱光が発生し
た。その強度を測定すると尿素の粉末を同様の条件で測
定した値の0.5倍であった。
Example 1 4- (4'dimethylaminophenyl) -3-isopropylaminocyclobutene-1,2-dione (Exemplified Compound I
-1) was added to a sample of the powder filled in a glass cell.
When irradiated with a d: YAG laser (wavelength 1.064 μm, output 180 mJ / pulse), 532 nm green scattered light due to SHG was generated. When the strength was measured, it was 0.5 times the value measured for the urea powder under the same conditions.

なお、第1図は、上記の試料を粉末法でSHG強度を評
価するのに用いた光学系のブロック図である。図中、11
はNd:YAGレーザ、12はガラスセル中に充填した粉末のサ
ンプル、13はレンズ、14はフィルター、15はモノクロメ
ーター、16は光電子増倍管、17はボックスカーインテグ
レーター、18はオシロスコープである。Nd:YAGレーザー
11より波長1.064μmの光をサンプル12に照射し、サン
プルから発生する波長532nmの緑色散乱光を光電子増倍
管16を用いて計測することによりSHG強度を測定した。
FIG. 1 is a block diagram of an optical system used to evaluate the SHG intensity of the above sample by a powder method. In the figure, 11
Is an Nd: YAG laser, 12 is a powder sample filled in a glass cell, 13 is a lens, 14 is a filter, 15 is a monochromator, 16 is a photomultiplier, 17 is a box car integrator, and 18 is an oscilloscope. Nd: YAG laser
The sample 12 was irradiated with light having a wavelength of 1.064 μm from 11 and the green light scattered at 532 nm generated from the sample was measured using a photomultiplier tube 16 to measure the SHG intensity.

実施例2 上記例示化合物(I−2)、(I−3)、(I−
4)、(I−5)、(I−6)、(I−7)、(I−
8)、(I−9)、(I−10)及び(I−11)を使用
し、実施例1と同様にして、サンプルのSHG強度を測定
した。
Example 2 The above exemplified compounds (I-2), (I-3), and (I-
4), (I-5), (I-6), (I-7), (I-
8), (I-9), (I-10) and (I-11) were used to measure the SHG intensity of the sample in the same manner as in Example 1.

なお、上記例示化合物の構造式は次の通りである。
(式中*は、不斉炭素原子を意味する) 結果を下記表に示す。
In addition, the structural formula of the above exemplified compound is as follows.
(* Represents an asymmetric carbon atom) The results are shown in the table below.

実施例3 例示化合物(I−3)の1,4−ジオキサン飽和溶液
を、第2図に示す溶液セルに入れて、SHG強度を測定し
た。第2図は、2枚の透明導電膜ガラス板(すず酸化物
又はインジュームすず酸化物)を対向させて配置した溶
液セルの斜視図であって、21は溶液ホルダー、22及び2
2′は導電膜ガラス板、23及び23′は電極である。測定
は、試料の溶液に、導電膜を介して直接静電場5KVを印
加し、Nd:YAGレーザを溶液セルに当て、静電場誘起光第
2高調波(dcSHG)として発生した緑色光を観測するこ
とによって行った。その結果、二次の非線形感受率は2
−メチル−4−ニトロアニリンとほぼ同様であった。
Example 3 A 1,4-dioxane saturated solution of the exemplified compound (I-3) was placed in a solution cell shown in FIG. 2, and the SHG intensity was measured. FIG. 2 is a perspective view of a solution cell in which two transparent conductive glass sheets (tin oxide or indium tin oxide) are arranged to face each other. Reference numeral 21 denotes a solution holder, 22 and 2
2 'is a conductive glass plate, and 23 and 23' are electrodes. The measurement was performed by applying an electrostatic field of 5 KV directly to the sample solution via the conductive film, applying a Nd: YAG laser to the solution cell, and observing the green light generated as electrostatic field-induced second harmonic (dcSHG). By doing that. As a result, the second-order nonlinear susceptibility is 2
Almost the same as -methyl-4-nitroaniline.

発明の効果 本発明の非線形光学素子用材料は、SHG強度が非常に
大きく、室温で安定であって、大きな単結晶が得られや
すいものであり、優れた非線形効果を示す。また、その
単結晶は、対称中心をもたないことによって大きなSHG
活性を有する。したがって、本発明の非線形光学素子用
材料は、例えば、光波長変換素子、光シャッター、高速
光スイッチング素子、光論理ゲート、光トランジスター
などの構成材料として非常に優れたものである。
Effect of the Invention The nonlinear optical element material of the present invention has a very high SHG intensity, is stable at room temperature, and can easily obtain a large single crystal, and exhibits excellent nonlinear effects. In addition, the single crystal has a large SHG because it has no center of symmetry.
Have activity. Therefore, the material for a non-linear optical element of the present invention is very excellent as a constituent material of, for example, an optical wavelength conversion element, an optical shutter, a high-speed optical switching element, an optical logic gate, an optical transistor, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、粉末法でSHG強度を評価するのに用いる光学
系のブロック図、第2図は、実施例7で用いた溶液セル
の斜視図である。 11……Nd:YAGレーザー、12……サンプル、14……フィル
ター、15……モノクロメーター、16……光電子増倍管、
17……ボックスカーインテグレーター、18……オシロス
コープ、21……溶液ホルダー、22、22′……導電膜ガラ
ス板、23、23′……電極。
FIG. 1 is a block diagram of an optical system used for evaluating SHG intensity by a powder method, and FIG. 2 is a perspective view of a solution cell used in Example 7. 11 ... Nd: YAG laser, 12 ... sample, 14 ... filter, 15 ... monochromator, 16 ... photomultiplier tube,
17: Box car integrator, 18: Oscilloscope, 21: Solution holder, 22, 22 ': Conductive glass plate, 23, 23': Electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−259735(JP,A) 特開 平1−204031(JP,A) Phys.Lett.A,Vol.70 No.2 PP.153−154 (1979) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/35 - 3/02 C09B 23/00 C07C 225/20 CA(STN) REGISTRY(STN)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-259735 (JP, A) JP-A-1-204031 (JP, A) Phys. Lett. A, Vol. 70 No. 2 PP. 153-154 (1979) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/35-3/02 C09B 23/00 C07C 225/20 CA (STN) REGISTRY (STN)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下記一般式(I)で示される化合物からな
る非線形光学素子用材料。 (式中Arは、π電子共役系化合物残基を示し、Xは、ア
ミノ基、又は酸素原子もしくは窒素原子を介してシクロ
ブテンジオン環に結合する有機化合物残基を示す)
1. A material for a nonlinear optical element comprising a compound represented by the following general formula (I). (In the formula, Ar represents a π-electron conjugated compound residue, and X represents an organic compound residue bonded to a cyclobutenedione ring via an amino group or an oxygen or nitrogen atom.)
【請求項2】上記一般式(I)中、Xが不斉炭素原子を
有する有機化合物残基である特許請求の範囲第1項に記
載の非線形光学素子用材料。
2. The material for a nonlinear optical element according to claim 1, wherein in the general formula (I), X is a residue of an organic compound having an asymmetric carbon atom.
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