JP4041583B2 - ベンゾ〔k〕フルオランテン誘導体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な芳香族炭化水素化合物に関する。さらに詳しくは、新規なベンゾ[k] フルオランテン誘導体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、芳香族炭化水素化合物は、よく知られており、例えば、顔料、染料、各種色素(例えば、蛍光色素、レーザー用色素)などに使用されてきた。
さらには、電気化学発光用材料に、芳香族炭化水素化合物(例えば、ルブレン)が利用できることが報告されている〔例えば、Electrochimica Acta., 13 、1197 (1968) 〕。
また最近では、発光材料に有機材料を用いた有機電界発光素子(有機エレクトロルミネッセンス素子:有機EL素子)に芳香族炭化水素化合物を利用することが提案されている〔例えば、Appl. Phys. Lett., 62 、3238 (1993) 、Jpn. J. Appl. Phys., 34 、L-824 (1995)、Appl. Phys. Lett., 71 、2563 (1997) 〕。
また、芳香族炭化水素化合物(例えば、ペンタセン)を用いた薄膜トランジスターが提案されている〔例えば、Appl. Phys. Lett., 72 、1854 (1998) 〕。
【0003】
このように、現在では、芳香族炭化水素化合物は、従来から知られている用途以外の分野(例えば、有機電子デバイス分野)への応用展開が活発化しており、今後更に、実用化に向かってその応用展開が期待されており、それに伴い種々の新規な芳香族炭化水素化合物の開発が強く望まれている。
【0004】
ベンゾ[k] フルオランテン誘導体としては、幾つかの化合物が知られている。すなわち、例えば、7,12−ジフェニルベンゾ[k] フルオランテン〔例えば、J. Amer. Chem. Soc., 74 、1075 (1952) 〕、8,11−ジ(4’−メチルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテンが知られている〔例えば、J. Chem. Soc., 1555 (1949)〕。さらに、幾つかの7,8,12−トリアルキルベンゾ[k] フルオランテン誘導体、および幾つかの7,9,12−トリアルキルベンゾ[k] フルオランテン誘導体が知られている〔例えば、Ind. J. Chem. Sect. B, 15B、32 (1977) 〕。
これらの化合物、例えば、7,12−ジフェニルベンゾ[k] フルオランテン、7,12−ジ−n−プロピル−9−メチルベンゾ[k] フルオランテンを有機電界発光素子用の発光材料として用いると、優れた発光輝度を有する素子が得られるものの、発光色の色純度の点で充分満足できる素子が得られない場合がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、新規な芳香族炭化水素化合物を提供することである。さらに詳しくは、有機電子デバイス材料に適した新規な芳香族炭化水素化合物を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、芳香族炭化水素化合物に関して鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、
▲1▼一般式(1)(化2)で表されるベンゾ[k] フルオランテン誘導体、に関するものである。
【0007】
【化2】
〔式中、X1 およびX2 はそれぞれ、水素原子、ハロゲン原子、直鎖、分岐または環状のアルキル基、直鎖、分岐または環状のアルコキシ基、あるいは置換または未置換のアリール基を表す。但し、X1 およびX2 は同時に水素原子を表すことはない。〕
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
本発明は、一般式(1)(化3)で表されるベンゾ[k] フルオランテン誘導体である。
【0009】
【化3】
〔式中、X1 およびX2 はそれぞれ、水素原子、ハロゲン原子、直鎖、分岐または環状のアルキル基、直鎖、分岐または環状のアルコキシ基、あるいは置換または未置換のアリール基を表す。但し、X1 およびX2 は同時に水素原子を表すことはない。〕
【0010】
一般式(1)で表される化合物において、X1 およびX2 はそれぞれ、水素原子、ハロゲン原子、直鎖、分岐または環状のアルキル基、直鎖、分岐または環状のアルコキシ基、置換または未置換のアリール基を表す。尚、アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基などの炭素環式芳香族基、例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基などの複素環式芳香族基を表す。
【0011】
X1 およびX2 は、好ましくは、水素原子、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子)、炭素数1〜16の直鎖、分岐または環状のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec −ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、3,3−ジメチルブチル基、シクロヘキシル基、n−ヘプチル基、シクロヘキシルメチル基、n−オクチル基、tert−オクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−テトラデシル基、n−ヘキサデシル基など)、炭素数1〜16の直鎖、分岐または環状のアルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec −ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、3,3−ジメチルブチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−テトラデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基など)、
【0012】
炭素数4〜16の置換または未置換のアリール基(例えば、フェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−n−プロピルフェニル基、4−イソプロピルフェニル基、4−n−ブチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−イソペンチルフェニル基、4−tert−ペンチルフェニル基、4−n−ヘキシルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−n−オクチルフェニル基、4−n−デシルフェニル基、2,3−ジメチルフェニル基、2,4−ジメチルフェニル基、2,5−ジメチルフェニル基、3,4−ジメチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、2−メトキシフェニル基、3−メトキシフェニル基、4−メトキシフェニル基、3−エトキシフェニル基、4−エトキシフェニル基、4−n−プロポキシフェニル基、4−イソプロポキシフェニル基、4−n−ブトキシフェニル基、4−n−ペンチルオキシフェニル基、4−n−ヘキシルオキシフェニル基、4−シクロヘキシルオキシフェニル基、4−n−ヘプチルオキシフェニル基、4−n−オクチルオキシフェニル基、4−n−デシルオキシフェニル基、2,3−ジメトキシフェニル基、2,5−ジメトキシフェニル基、3,4−ジメトキシフェニル基、2−メトキシ−5−メチルフェニル基、3−メチル−4−メトキシフェニル基、2−フルオロフェニル基、3−フルオロフェニル基、4−フルオロフェニル基、2−クロロフェニル基、3−クロロフェニル基、4−クロロフェニル基、3,4−ジクロロフェニル基、2−メチル−4−クロロフェニル基、2−クロロ−4−メチルフェニル基、3−クロロ−4−メチルフェニル基、2−クロロ−4−メトキシフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、4−エトキシ−1−ナフチル基、6−メトキシ−2−ナフチル基、7−エトキシ−2−ナフチル基、2−フリル基、2−チエニル基、3−チエニル基、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基など)である。
【0013】
X1 およびX2 は、より好ましくは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基または炭素数6〜12のアリール基であり、さらに好ましくは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基または炭素数6〜10の炭素環式芳香族基である。但し、一般式(1)で表される化合物において、X1 およびX2 は同時に水素原子を表すことはない。
【0014】
本発明の一般式(1)で表されるベンゾ[k] フルオランテン誘導体の具体例としては、例えば、以下の化合物を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
・例示化合物
番号
1. 7,12−ジ(3’−メチルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
2. 7,12−ジ(4’−メチルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
3. 7,12−ジ(4’−エチルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
4. 7,12−ジ(4’−n−プロピルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
5. 7,12−ジ(4’−イソプロピルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
6. 7,12−ジ(4’−tert−ブチルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
7. 7,12−ジ(4’−n−ペンチルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
8. 7,12−ジ(4’−n−ヘキシルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
9. 7,12−ジ(4’−n−オクチルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
10. 7−フェニル−12−(4’−メチルフェニル)ベンゾ[k] フルオラン
【0015】
11. 7−(4’−メチルフェニル)−12−(4”−tert−ブチルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
12. 7,12−ジ(4’−フルオロフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
13. 7,12−ジ(3’−クロロフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
14. 7,12−ジ(4’−クロロフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
15. 7−フェニル−12−(4’−クロロフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
16. 7−(4’−メチルフェニル)−12−(4”−クロロフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
17. 7−(4’−エチルフェニル)−12−(4”−フルオロフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
18. 7,12−ジ(2’−メトキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
19. 7,12−ジ(4’−メトキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
20. 7,12−ジ(4’−エトキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
21. 7,12−ジ(4’−n−プロポキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
22. 7,12−ジ(4’−n−ブトキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
23. 7,12−ジ(4’−n−ヘキシルオキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
24. 7−フェニル−12−(4’−メトキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
25. 7−(4’−メチルフェニル)−12−(4”−メトキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
【0016】
26. 7−(4’−クロロフェニル)−12−(4”−エトキシフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
27. 7,12−ジ(3’−フェニルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
28. 7,12−ジ(4’−フェニルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
29. 7,12−ジ〔4’−(4”−メチルフェニル)フェニル〕ベンゾ [k] フルオランテン
30. 7−フェニル−12−(4’−フェニルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
31. 7−(4’−エチルフェニル)−12−(4”−フェニルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
32. 7−(3’−エチルフェニル)−12−(4”−フェニルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
33. 7−(4’−クロロフェニル)−12−(3”−フェニルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
34. 7−(4’−メトキシフェニル)−12−(4”−フェニルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
35. 7−(4’−エトキシフェニル)−12−(4”−フェニルフェニル)ベンゾ[k] フルオランテン
【0017】
本発明のベンゾ[k] フルオランテン誘導体は、其自体公知の単位反応を組み合わせることにより製造することができる。
すなわち、一般式(1)で表されるベンゾ[k] フルオランテン誘導体は、例えば、一般式(1−A)(化4)で表されるシクロペンタ[a] アセナフチレン−8−オン誘導体〔例えば、Chem. Rev., 65、261 (1965)に製造方法が記載されている〕と式(1−B)(化4)で表されるベンザインを反応後、脱一酸化炭素することにより製造することができる。
また、例えば、一般式(1−C)(化5)で表されるイソベンゾフラン誘導体と式(1−D)(化5)で表されるアセナフチレンを反応後、脱水することにより製造することができる。
【0018】
【化4】
【0019】
【化5】
〔上式中、X1 およびX2 は一般式(1)と同じ意味を表す〕
【0020】
一般式(1−B)で表されるベンザイン誘導体は、通常、アントラニル酸誘導体をベンザイン誘導体の前駆体として用いて、反応系内で発生させて使用する。一般式(1−A)で表されるシクロペンタ[a] アセナフチレン−8−オン誘導体と一般式(1−B)で表されるベンザイン誘導体との反応は、通常、ベンザイン誘導体の前駆体であるアントラニル酸誘導体に、例えば、亜硝酸イソアミルを作用させながら実施する。
該反応は、通常、有機溶媒(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、クロロホルム、あるいはこれらの混合溶媒)の存在下で実施する。反応温度は、通常、室温〜使用する有機溶媒の沸点温度で実施することができる。
また、一般式(1−A)で表されるシクロペンタ[a] アセナフチレン−8−オン誘導体と一般式(1−B)で表されるベンザイン誘導体との反応により製造される付加体より、脱一酸化炭素化する反応は速やかであり、室温〜使用する有機溶媒の沸点温度で速やかに進行する。
【0021】
一般式(1−C)で表されるイソベンゾフラン誘導体と式(1−D)で表されるアセナフチレンとの反応は、通常、有機溶媒(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、ジフェニルエ−テル、1−メチルナフタレン、デカリン、あるいはこれらの混合溶媒)の存在下で実施する。反応温度は、通常、室温〜使用する有機溶媒の沸点温度、より好ましくは、50℃〜使用する有機溶媒の沸点温度で実施することができる。
また、一般式(1−C)で表されるイソベンゾフラン誘導体とアセナフチレンとの反応により製造される付加体より、脱水する反応は、通常、脱水剤(例えば、塩化水素、臭化水素、トリフルオロ酢酸などの酸)の存在下で実施する。
脱水反応は、通常、有機溶媒(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、アニソール、ジフェニルエ−テル、1−メチルナフタレン、デカリン、酢酸あるいはこれらの混合溶媒)の存在下で実施する。反応温度は、通常、室温〜使用する有機溶媒の沸点温度で実施することができる。
反応後、目的とする化合物は、通常の方法、例えば、カラムクロマトグラフィー法、再結晶法、または昇華精製法により、あるいはこれらの方法を併用し、単離、精製することができる。
【0022】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、勿論、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1 例示化合物番号2の化合物の製造
1,3−ジ(4’−メチルフェニル)イソベンゾフラン6gとアセナフチレン3.1gをトルエン(50ml)中、10時間、加熱、還流した。
トルエンを留去した後、残渣に、酢酸(50ml)および48重量%の臭化水素酸(1ml)を加え、2時間加熱、還流した。
反応混合物に、水(150ml)を加えた後、析出している固体を濾過、水洗した。固体を、乾燥後、アルミナカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)で処理した。トルエンを減圧下で留去した後、残渣をメタノールで洗浄し、クリーム色の結晶として、例示化合物番号2の化合物を7.3g得た。
融点は255℃、吸収極大(トルエン中)は411nmであった。
【0023】
実施例2〜7
実施例1において、1,3−ジ(4’−メチルフェニル)イソベンゾフランを使用する代わりに、種々のイソベンゾフラン誘導体を使用した以外は、実施例1に記載した方法に従い、種々のベンゾ[k] フルオランテン誘導体を製造した。
第1表(表1)には使用したイソベンゾフラン誘導体、および製造したベンゾ[k] フルオランテン誘導体を例示化合物番号で示した。また、トルエン中の吸収極大(nm)も併せて示した。
【0024】
【表1】
【0025】
実施例8 例示化合物番号19の化合物の製造
1,3−ジ(4’−メトキシフェニル)イソベンゾフラン6.6gとアセナフチレン3.1gをトルエン(50ml)中、10時間、加熱、還流した。
トルエンを留去した後、残渣に、ジクロロメタン(100ml)およびトリフルオロ酢酸(10ml)を加え、10時間加熱、還流した。
ジクロロメタンおよびトリフルオロ酢酸を減圧下で留去した後、残渣をアルミナカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)で処理した。トルエンを減圧下で留去した後、残渣をメタノールで洗浄し、クリーム色の結晶として、例示化合物番号19の化合物を7.4g得た。
融点は195℃、吸収極大(トルエン中)は411nmであった。
【0026】
実施例9〜13
実施例8において、1,3−ジ(4’−メトキシフェニル)イソベンゾフランを使用する代わりに、種々のイソベンゾフラン誘導体を使用した以外は、実施例8に記載した方法に従い、種々のベンゾ[k] フルオランテン誘導体を製造した。第2表(表2)には使用したイソベンゾフラン誘導体、および製造したベンゾ[k] フルオランテン誘導体を例示化合物番号で示した。また、トルエン中の吸収極大(nm)も併せて示した。
【0027】
【表2】
【0028】
実施例14:例示化合物番号2の化合物の製造
7,9−ジ(4’−メチルフェニル)シクロペンタ[a] アセナフチレン−8−オン7.7g、亜硝酸イソアミル2.4gを含むクロロホルム(250ml)の還流溶液に、アントラニル酸2.8gを含むアセトン(120ml)溶液を3時間を要して滴下した。滴下後、反応混合物をさらに1時間、加熱、還流した。溶媒を留去した後、残渣をアルミナカラムクロマトグラフィー(溶出液:トルエン)で処理した。トルエンを減圧下で留去した後、残渣をメタノールで洗浄し、クリーム色の結晶として、例示化合物番号2の化合物を5.1g得た。
融点は255℃であった。
【0029】
応用例1
厚さ200nmのITO透明電極(陽極)を有するガラス基板を、中性洗剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄した。その基板を窒素ガスを用いて乾燥し、さらにUV/オゾン洗浄した後、蒸着装置の基板ホルダーに固定した後、蒸着槽を3×10-6Torrに減圧した。
まず、ITO透明電極上に、4,4’−ビス〔N−フェニル−N−(3’−メチルフェニル)アミノ〕ビフェニルを、蒸着速度0.2nm/sec で75nmの厚さに蒸着し、正孔注入輸送層とした。
次いで、その上に、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニルと例示化合物番号2の化合物を、異なる蒸着源から、蒸着速度0.2nm/sec で50nmの厚さに共蒸着(重量比100:5)し、発光層とした。
次に、トリス(8−キノリノラート)アルミニウムを、蒸着速度0.2nm/sec で50nmの厚さに蒸着し、電子注入輸送層とした。
さらにその上に、マグネシウムと銀を、蒸着速度0.2nm/sec で200nmの厚さに共蒸着(重量比10:1)して陰極とし、有機電界発光素子を作製した。尚、蒸着は、蒸着槽の減圧状態を保ったまま実施した。
作製した有機電界発光素子に、乾燥雰囲気下、12Vの直流電圧を印加したところ、55mA/cm2 の電流が流れた。輝度は2150cd/m2 である青色発光を得た。
色純度〔CIE色度座標(1931):x=0.16、y=0.18〕
【0030】
応用例2
応用例1において、例示化合物番号2の化合物を使用する代わりに、例示化合物番号12の化合物を使用した以外は、応用例1に記載した方法に従い、有機電界発光素子を作製した。
作製した有機電界発光素子に、乾燥雰囲気下、12Vの直流電圧を印加したところ、60mA/cm2 の電流が流れた。輝度は2240cd/m2 である青色発光を得た。
色純度〔CIE色度座標(1931):x=0.16、y=0.19〕
【0031】
応用例3
応用例1において、例示化合物番号2の化合物を使用する代わりに、例示化合物番号19の化合物を使用した以外は、応用例1に記載した方法に従い、有機電界発光素子を作製した。
作製した有機電界発光素子に、乾燥雰囲気下、12Vの直流電圧を印加したところ、58mA/cm2 の電流が流れた。輝度は2150cd/m2 である青色発光を得た。
色純度〔CIE色度座標(1931):x=0.17、y=0.18〕
【0032】
比較例1
応用例1において、例示化合物番号2の化合物を使用する代わりに、7,12−ジフェニルベンゾ[k] フルオランテンを使用した以外は、応用例1に記載した方法に従い、有機電界発光素子を作製した。
作製した有機電界発光素子に、乾燥雰囲気下、12Vの直流電圧を印加したところ、57mA/cm2 の電流が流れた。輝度は2120cd/m2 であるやや緑がかった青色発光を得た。
色純度〔CIE色度座標(1931):x=0.18、y=0.26〕
【0033】
比較例2
応用例1において、例示化合物番号2の化合物を使用する代わりに、7,12−ジ−n−プロピル−9−メチルベンゾ[k] フルオランテンを使用した以外は、応用例1に記載した方法に従い、有機電界発光素子を作製した。
作製した有機電界発光素子に、乾燥雰囲気下、12Vの直流電圧を印加したところ、56mA/cm2 の電流が流れた。輝度は2100cd/m2 であるやや緑がかった青色発光を得た。
色純度〔CIE色度座標(1931):x=0.19、y=0.27〕
【0034】
応用例および比較例より、本発明のベンゾ[k] フルオランテン誘導体を使用すると、より色純度のよい青色発光する有機電界発光素子が製造することができることが判る。このことは、例えば、フルカラー表示の有機電界発光素子を作製する場合には非常に重要である。
【0035】
【発明の効果】
本発明により、例えば、有機電子デバイス用の材料に有用な新規なベンゾ[k] フルオランテン誘導体を提供することが可能になった。
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