JP3479992B2 - 鍵付フォトクロミック分子 - Google Patents

鍵付フォトクロミック分子

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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、新規なフォトクロミッ
ク分子および組成物に関するものである。フォトクロミ
ック分子および組成物の利用分野としては、光メモリ、
光表示素子、光量調節体、色調変換体などが挙げられ
る。
【0002】
【従来の技術】フォトクロミック分子とは、光の作用に
より状態の異なる2つの異性体を可逆的に生成する分子
を言う。従来のフォトクロミック分子は、光反応が吸収
光量に比例して進むため、例え弱い光でも長時間照射を
続けると必ず色変化が生じる性質を持っていた。そのた
め、光メモリ材料や光表示材料などへ応用しようとする
際、室内光でメモリ或いは表示が破壊される、あるいは
読み出し光によりそれらが消滅するという欠点をもって
いた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みなされたものであって、その目的は、フォト
クロミック分子に鍵機構を導入し、特定の外部信号を受
けた時には鍵が開き光反応するが、通常の状態すなわち
鍵が閉じた状態では光反応しないフォトクロミック分子
を構築することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】光反応に際して幾何構造
変化を必要とするフォトクロミック分子に、可逆的に結
合する官能基を導入すると、分子のコンフォメーション
が特定の形に固定され、光反応が制御される。すなわ
ち、例えば、ある外部信号により光反応に不利なコンフ
ォメーションに分子を固定した場合には、フォトクロミ
ック光反応は制限され、又、他の外部信号により分子の
固定を解除した場合には、自由なコンフォメーションが
取れるようになり、フォトクロミック反応が進むように
なる。本発明のフォトクロミック分子は、外部信号によ
りコンフォメーションを可逆的に規制する部位、および
フォトクロミック反応する部位の両者を有するものであ
る。
【0005】 本発明における外部信号によりコンフォ
メーションを可逆的に規制する部位は、結合が外部信号
により可逆的に生成・解裂する官能基を有している。具
体的には前記請求項1に示した式(a)又は(b)で表
わされる基を用いる。
【0006】 本発明におけるフォトクロミック反応す
る部位は、光反応に際して幾何構造変化を必要とするも
のであって、具体的にはジチエニルペルフルオロシクロ
ペンテン誘導体を用いる。該誘導体は耐久性、熱安定性
が優れている。
【0007】本発明における外部信号としては、熱、
光、電気、磁気、酸化/還元剤、水素結合物質などが挙
げられる。好ましい外部信号は、コンフォメーションを
可逆的に規制する部位が有する結合の種類に当然依存す
る。例えば、該結合がジスルフィドの結合の場合、好ま
しい外部信号として、四酢酸鉛やトリプロポ水素化ホウ
素カリウムなどの酸化/還元剤、熱および電気化学的酸
化/還元などが挙げられる。また、該結合がヒドロキシ
カルボニル間の水素結合の場合、好ましい外部信号とし
てエタノールなどの水素結合性物質などが挙げられる。
【0008】本発明のフォトクロミック分子は、単独ま
たは集合体としても用いることができるが、組成物とし
ても用いることができる。本発明のフォトクロミック組
成物は、同一分子内に、外部信号によりコンフォメーシ
ョンを可逆的に規制する部位、およびフォトクロミック
反応する部位の両者を有するフォトクロミック分子を含
有するものである。
【0009】本発明のフォトクロミック組成物の成分と
して、該フォトクロミック分子以外に、分散剤、外部信
号物質などが挙げられる。該分散剤は、フォトクロミッ
ク分子のコンフォメーション変化を妨げないものであれ
ば特に限定されないが、シクロヘキサンなどの有機溶
媒、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレンなどの高
分子材料、およびガラス等があげられる。また、該外部
信号物質として、酸化/還元剤および水素結合物質が挙
げられる。
【0010】
【実施例】次に本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。 実施例1 化合物(6)を次の合成ルートにより得た。
【0011】
【化学式2】
【0012】ビス(2−メチル−6−(4−クロロ−
1−ケトブチル)ベンゾ[b]チオフェン−3−イル)
ヘキサフルオロシクロペンテン〔化合物(2)〕の合成 ビス(2−メチルベンゾ[b]チオフェン−3−イル)
ヘキサフルオロシクロペンテン〔化合物(1)〕1gを
ニトロベンゼン20mlに溶解し、これに無水塩化アル
ミニウム0.8g、4−クロロブタン酸クロリド1gを
加え、室温下2時間攪拌し反応を終了する。反応混合物
を希塩酸で洗浄した後乾燥し、これをシリカゲルクロマ
トグラフィによりヘキサンで展開しニトロベンゼンを除
去した。続いて分離精製することにより化合物(2)を
840mg(58%)得た。
【0013】ビス(2−メチル−6−(4−クロロブ
チル)ベンゾ[b]チオフェン−3−イル)ヘキサフル
オロシクロペンテン〔化合物(3)〕の合成 化合物(2)650mgをトリフルオロ酢酸10mlに
溶解させ、これにナトリウムポロハイドライド0.7g
を添加し、10時間室温で攪拌した。反応混合物に水、
エーテルを加え有機層を乾燥、溶媒留去後、シリカゲル
カラムクロマトグラフィにより精製し、化合物(3)を
320mgを合成した(51%)。
【0014】ビス(2−メチル−6−(4−ヨードブ
チル)ベンゾ[b]チオフェン−3−イル)ヘキサフル
オロシクロペンテン〔化合物(4)〕の合成 次のチオエステル化反応の収率向上のためクロロ置換基
のヨウ素への変換をおこなった。化合物(3)320m
gを2−ブタノンに溶解させ、これに過剰のヨウ化ナト
リウムを加へ24時間加熱還流した。沈殿物を濾過、溶
媒留去の後、シリカゲルクロマトグラフィにより精製
し、化合物(4)を420mg(定量的)を得た。
【0015】化合物(4)のジチオ炭酸エステルへの
変換 化合物(4)420mgをアセトン20mlに溶解さ
せ、これにジチオ炭酸0−エチルカリウム(Potas
sium xanthogenete)320mgを加
え5時間加熱還流した。溶媒留去後、シリカゲルカラム
クロマトグラフィにより分離精製することによりジチオ
炭酸エステル体〔化合物(5)〕を400mg得た(定
量的)。
【0016】ビス(2−メチル−6−(4−メチルカ
プトブチル)ベンゾ[b]チオフェン−3−イル)ヘキ
サフルオロシクロペンテン〔化合物(6)〕の合成 化合物(5)310mgを少量のクロロホルムに溶解さ
せ、これを20mlのエチレンジアミンに加え、減圧留
去により先に加えたクロロホルムを除いた。これを60
℃、6時間加熱した。室温まで冷却後、エーテルを加
え、希塩酸で洗浄することによりアミンを除き、溶媒の
乾燥、留去後、TLCシリカゲルクロマトグラフィ分取
により化合物(6)180mgを得た(72%)。
【0017】ビス(2−メチル−6−(4−メルカプ
トブチル)ベンゾ[b]チオフェン−3−イル)ヘキサ
フルオロシクロペンテン〔化合物(6)〕の分子内ジス
ルフィド結合の生成(鍵をオン) 化合物(6)80mgをベンゼン25mlに溶解し、こ
れに200gの四酢酸塩鉛を加え室温下4時間攪拌し
た。溶媒留去後、TLCシリカゲルカラムクロマトグラ
フィにより展開し、UV蛍光発色するがフォトクロミズ
ムを示さないバンドをかきとり、抽出することにより分
子内ジスフィド体(7)22mgを得た。
【0018】化合物(7): 1H−NMR(CDC
3 ) δ=1.70(8H,m,β,γ−CH2)、
2.17(6H,s,Me(a−p))、2.46(6
H,s,Me(p))、2.66(8H,m,α,δ−
CH2)、6.99(2H,d,J=8Hz,5−H
(p))、7.16(2H,d,J=8Hz,5−H
(p))、7.38(2H,s,7−H(p))、7.
45(2H,s,7−H(a−p))、7.46(2
H,d,J=8Hz,4−H(p))、7.55(2
H,d,J=8Hz,4−H(a−p))。
【0019】酸化により得られた化合物(7)は、長時
間は紫外光照射しても着色反応は認められなかった。こ
れは、2つのベンゾチオフェン環が平行なコンフォメー
ションを取っていることによる。しかし、トリプロポ水
素化ホウ素カリウムを作用させた後、紫外光照射すると
赤色に変化した(図1)。これは、還元反応によりS−
S結合が解裂し、自由回転が可能になったためである。
S−S結合は高温下(100℃以上)においても解裂
し、フォトクロミック反応性を示すようになった。
【0020】実施例2 メルカプト基を6.6’位に持つビス(ベンゾチエニ
ル)パーフルオロシクロペンテン誘導体〔化合物
(8)〕をシクロヘキサンに分散し、その溶液のフォト
クロミック反応性を検討した。
【0021】
【化学式3】
【0022】化合物(8)は、紫外線照射により赤く着
色反応した(図2)。しかし、四酢酸鉛を作用させる
と、光反応性を示さなくなった。これは、分子内S−S
結合が生成し、コンフォメーションが反応に不利な平行
型に固定されたためである。酸化は、電気化学的にも進
行し、同様に光反応性が失われた。
【0023】実施例3 ヒドロキシカルボニル基を6,6’位に持つビス(ベン
ゾチエニル)パーフルオロシクロペンテン誘導体〔化合
物(9)〕をシクロヘキサンに分散し、その溶液のフォ
トクロミック反応性を検討した。
【0024】
【化学式4】
【0025】化合物(9)は、シクロヘキサン中におい
ては、紫外線照射(313nm)しても閉環反応は進ま
ず、全く色変化は観測されなかった。これは、2つのヒ
ドロキシカルボニル基の分子内水素結合によりコンフォ
メーションが固定され、閉環体の構造が取れなかったた
めと考えられる。それに対し、エタノール中においては
図3に示す様に紫外線(313nm)の照射により赤色
に着色した。この赤色は可視光照射により退色し、可逆
性の良いフォトクロミック反応性を示した。これは、エ
タノール中において水素結合が破壊され、ベンゾチオフ
ェン環が自由に回転できるようになったためと考えられ
る。
【0026】実施例4 化合物(9)をシクロヘキサン中に分散し、その溶液の
フォトクロミック反応性をエタノールを少量ずつ添加し
ながら測定した。光反応の量子収率の測定結果を図4に
示す。エタノールの存在しない時には光反応しないが、
エタノールがわずか存在すると著しく反応性の向上が認
められた。これは、添加したわずかのエタノールがヒド
ロカルボニル基に近付き基水素結合を開裂し、ベンゾチ
オフェンが自由回転できるようになったためと考えられ
る。その反応機構を化4に示した。
【0027】
【化学式5】
【0028】
【発明の効果】以上のフォトクロミック材料を用いれ
ば、フォトクロミック反応を外部信号により制御するこ
とが可能になる。すなわち、室内光ではメモリあるいは
表示は消滅しないが、特定の環境下(たとえば高温状
態、還元剤雰囲気、電気化学的還元条件下)に置けば、
光反応するフォトクロミック材料になる。また、光メモ
リ材料に用いれば、読みだし光によりメモリの破壊され
ない材料となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】化合物(6)のフォトクロミック反応。
【図2】化合物(8)のフォトクロミック反応。
【図3】エタノール中における化合物(9)の吸収スペ
クトル変化。
【図4】化合物(9)の閉環反応の量子収率のEtOH
濃度依存性。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−185090(JP,A) 特開 平3−284683(JP,A) 特開 平4−68340(JP,A) 特開 平4−18094(JP,A) 特開 平3−174146(JP,A) 特開 平5−313299(JP,A) 特開 昭48−23787(JP,A) 特開 昭62−288682(JP,A) 特開 昭63−185982(JP,A) 特開 昭63−77876(JP,A) 特開 平1−249760(JP,A) 特開 昭64−34973(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 9/02 G03C 1/73 G11B 7/24

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記式(a)又は(b)を有するジチエ
    ニルペルフルオロシクロペン テン誘導体からなる フォトクロミック分子。【化1】
  2. 【請求項2】 請求項1のフォトクロミック分子を含有
    することを特徴とするフォト クロミック組成物。
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