JP4104266B2 - フォトクロミック分子材料 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトクロミック分子材料に関する。詳しくは、本発明はP型の、しかも蛍光強度変化の大きなフォトクロミック分子材料に関する。
【0002】
【従来の技術】
フォトクロミック材料とは、光の作用により色の異なる2つの異性体を可逆的に生成する分子または分子集合体を含む材料を言う。このフォトクロミック材料には、光生成した状態が熱的に不安定で、暗黒中において元の状態へもどるT型と、熱的には元の状態に戻ることはないが、他の波長の光の照射により元の状態に戻るP型とがある。フォトニクスデバイスへの応用に際しては、P型であることが必須の要件である。P型のフォトクロミック分子の一つに、ジヘテロアリールエテンがある。ジヘテロアリールエテンは、熱不可逆性、繰り返し耐久性に優れたフォトクロミック反応をする(M.Irie,K.Uchida,Bull.Chem.Soc,Jpn.,71(1998)985)。これまで、ジヘテロアリールエテンを用いて、光照射により、色のみならず屈折率、誘電率、酸化/還元電位など様々の物性を可逆に変化させ、光機能材料として応用することが試みられてきている(T.Kawai,N.Fukuda et al. Jpn.J.Appl.Phys.38(1999)L1194,S.L.Gilat,S.H.Kawai et al. Chem.Eur J.1(1995)275)。しかし、蛍光強度が可逆に、また大きく変化するものは得られていない。
【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、その目的とするところは、フォトクロミック反応を利用して蛍光強度を光制御する分子材料を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、蛍光強度を光制御するために、ジヘテロアリールエテンに関して様々の置換位置、置換基を検討した結果、アントラセン残基、イミダゾール残基、インドール残基などの蛍光性官能基をヘテロアリール環に導入するのが有効であることを見いだし本発明に達した。
【0005】
すなわち本発明の要旨は、蛍光性置換基を有するヘテロアリール環をもつジヘテロアリールエテン系化合物からなるフォトクロミック分子材料であって、該蛍光性置換基が置換基を有していてもよいアントラセン残基、置換基を有していてもよいイミダゾール残基、置換基を有していてもよいインドール残基、置換基を有していてもよいテルフェニル残基、置換基を有していてもよいフルオレン残基又は置換基を有していてもよいピレン残基であり、該蛍光性置換基とヘテロアリール環とが1,4−フェニレン基、エテニレン基およびエチニレン基からなる群から選ばれる何れかの基を介して結合していることを特徴とするフォトクロミック分子材料、好ましくは、ヘテロアリール環がピロール環、チオフェン環、チアゾール環、オキサゾール環、フラン環、セレノフェン環のいずれかであるフォトクロミック分子材料、さらに好ましくは、該蛍光性置換基を有するヘテロアリール環をもつジヘテロアリールエテン系化合物が一般式[I]で表されるフォトクロミック分子材料に存する。
【0006】
【化4】
Figure 0004104266
【0007】
〔一般式[I]中、Aは下記置換基[i],[ii]または[iii](置換基[i],[ii]および[iii]において、R1 はアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基または置換されていてもよいアリール基を表し、R2 およびR3 はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基または置換されていてもよいアリール基を表すか、またはR2 とR3 とは互いに連結して置換されていてもよい炭化水素環もしくは置換されていてもよい複素環を形成してもよい。Yは−O−,−S−または−NR4 −(R4 は水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアリール基または置換されていてもよいシクロアルキル基を表す)を表す)を表し、
【0008】
【化5】
Figure 0004104266
【0009】
Bは下記置換基[iv],[v]または[vi](置換基[iv],[v]および[vi]において、R5 はアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子またはトリフルオロメチル基を表し、R6 およびR7 はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基または置換されていてもよいアリール基を表すか、またはR6 とR7 とが互いに連結して置換されていてもよい炭化水素環もしくは置換されても良い複素環を形成してもよい。Zは−O−,−S−または−NR4 −(R4 は水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアリール基または置換されていてもよいシクロアルキル基を表す)を表す)を表し、
【0010】
【化6】
Figure 0004104266
【0011】
かつ、上記R1〜R7の少なくとも一つは前記蛍光性置換基が結合する1,4−フェニレン基、エテニレン基およびエチニレン基からなる群から選ばれる何れかの基である。
前記ジヘテロアリールエテンとは、下記一般式[II]で示されるような構造を意味する。
【0012】
【化7】
Figure 0004104266
【0013】
〔式中、環Aは例えば下記に示すような複素環や炭化水素環を意味し、
【0014】
【化8】
Figure 0004104266
【0015】
環B及び環Cはピロール環、チオフェン環、チアゾール環などのヘテロアリール環、即ち芳香族複素5員環を意味する。
また前記蛍光性置換基とは、蛍光量子収率が10%以上、好ましくは20%以上である化合物の残基を意味する。具体的には、例えば置換基を有していてもよいアントラセン残基、置換基を有していてもよいイミダゾール残基や置換基を有していてもよいインドール残基、置換基を有していてもよいテレフェニル残基、置換基を有していてもよいフルオレン残基および置換基を有していてもよいピレン残基が挙げられる。ここにおいて、この置換基を有していてもよいアントラセン残基とは置換基を有していてもよいアントラセンにおける1個又は複数個の炭素原子から水素原子を取り去った1価又は複数価の基、即ち置換若しくは非置換のアントリル基、アントリレン基、同様にイミダゾールにおける置換若しくは非置換のイミダゾリル基など、インドールにおける置換若しくは非置換のインドリル基などが挙げられる。〕
【0016】
これらの蛍光性置換基は環B及び又は環Cに下記
【0017】
【化9】
Figure 0004104266
【0018】
などの基を介して結合する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳しく説明する。本発明は、蛍光性置換基を有するヘテロアリール環の基をもつジヘテロアリールエテンが、光照射により誘起されるフォトクロミック反応に伴い、蛍光強度が変化することを見出したものである。このようなもののうち、好ましいものは、例えば、下記一般式(1),(2)および(3)に示すような化合物であり、ヘテロアリール環が、ピロール環、チオフェン環、チアゾール環、オキサゾール環、フラン環、セレノフェン環から成る一群のヘテロ5員環のいずれかであるものである。蛍光性置換基としては、置換基を有していてもよいアントラセン残基、置換基を有していてもよいイミダゾール残基、置換基を有していてもよいインドール残基、置換基を有していてもよいテルフェニル残基、置換基を有していてもよいフルオレン残基および置換基を有していてもよいピレン残基のいずれかであり、またその導入位置としては以下のa〜hが候補に挙げられる。
【0020】
【化10】
Figure 0004104266
【0021】
導入位置はいずれでも良いが、合成上ac,fまたはgにフェニレン基を介して、あるいは、abとcd,efとcdあるいはefとghにてヘテロ5員環にベンゼン環が縮合した構造における、該縮合環の4〜7位に蛍光性置換基を導入するのが有効である。
このようなものとして具体的に下記の化合物が挙げられる。
【0022】
【化11】
Figure 0004104266
【0023】
いずれの化合物も、蛍光強度が光照射により変化する。
ここに例示のものはエテン部分がヘキサフルオロペンテンのみであるが、この外種々の炭化水素環や複素環から成るエテンが考えられる。例えば以下の構造が考えられる。
【0024】
【化12】
Figure 0004104266
【0025】
以上の説明から明らかなように、本発明は従来から知られるヘテロアリール環(芳香族複素環)をもつジヘテロアリールエテン系化合物からなるフォトクロミック化合物に蛍光性官能基を導入することにより、光制御により蛍光強度が変化するフォトクロミック分子材料を創製したものであり、極めて広い化合物を包含するものである。
本発明のフォトクロミック分子材料は常法に従って製造することができる。
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、その要旨を越えない限りこれら実施例に限定されるものではない。
実施例1
【0026】
【化13】
Figure 0004104266
【0027】
アルゴン雰囲気下において3−ヨウド−2,5−ジメチルチオフェン 90mg(0.38mmol)を無水THF8mlに溶かし、−70℃で1.6Nヘキサン溶液のn−ブチルリチウム0.25ml(0.42mmol)を滴下した。30分後、無水THF5mlに溶かした化合物1 77mg(0.13mmol)を加え1時間撹拌後メタノールを加えて室温に戻した。クロロホルムで抽出後、無水硫酸マグネシウムで乾燥させた後ろ過によりこれを分離し、クロロホルムを留去した。これをシリカゲルカラムを用いてクロロホルム溶媒で展開分離し、ジチエニルエテン2を52mg(収率58%)を得た。
【0028】
Figure 0004104266
【0029】
実施例2
実施例1において合成したジチエニルエタン2a(開環体)をヘキサンに溶解し、励起波長を366nmとして蛍光量子収率を測定したところ、12%であった。なお、この化合物における蛍光性置換基であるイミダゾリル基に対応する化合物である、ジフェニルイミダゾールの、蛍光量子収率は0.4である。
【0030】
この化合物に波長313nmの光を照射して閉環体2bとし、励起波長を366nmとして蛍光量子収率を測定したところ、量子収率は1%以下であった。
なお、蛍光量子収率の測定および化合物の閉環反応には、高圧水銀灯(ウシオ電機社製、450W)を光源とし、バンドパスフィルターを用いて特定波長のみを取り出して使用した。
【0031】
【化14】
Figure 0004104266
【0032】
実施例3
アントラセン残基を有するジチエニルエテン3aを次の方法により合成した。
【0033】
【化15】
Figure 0004104266
【0034】
Figure 0004104266
【0035】
実施例4
実施例3において合成したジチエニルエタン3a(開環体)をテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、励起波長を410nmとして蛍光量子収率を測定したところ、78%であった。なお、この化合物における蛍光性置換基(9,10−アントリレン基)に対応する化合物である、アントラセンの蛍光量子収率は30%である。
【0036】
この化合物に波長313nmの光を照射して閉環体2bとし、励起波長を410nmとして蛍光量子収率を測定したところ、量子収率は3%以下であった。
なお、蛍光量子収率の測定および化合物の閉環反応には、実施例2と同様に、高圧水銀灯(ウシオ電機社製、450W)を光源とし、バンドパスフィルターを用いて特定波長のみを取り出して使用した。
【0037】
【発明の効果】
本発明により得られるフォトクロミック分子材料は光制御により蛍光強度が大きく変化し、その繰り返し耐久性にも優れていることから、情報記録、表示、技術分野での新規なフォトニクスデバイスを提供するものであり、かかる産業分野へ貢献するところ大である。

Claims (3)

  1. 蛍光性置換基を有するヘテロアリール環をもつジヘテロアリールエテン系化合物からなるフォトクロミック分子材料であって、該蛍光性置換基が置換基を有していてもよいアントラセン残基、置換基を有していてもよいイミダゾール残基、置換基を有していてもよいインドール残基、置換基を有していてもよいテルフェニル残基、置換基を有していてもよいフルオレン残基又は置換基を有していてもよいピレン残基であり、該蛍光性置換基とヘテロアリール環とが1,4−フェニレン基、エテニレン基およびエチニレン基からなる群から選ばれる何れかの基を介して結合していることを特徴とするフォトクロミック分子材料。
  2. ヘテロアリール環がピロール環、チオフェン環、チアゾール環、オキサゾール環、フラン環、セレノフェン環のいずれかである請求項1に記載のフォトクロミック分子材料。
  3. 蛍光性置換基を有するヘテロアリール環をもつジヘテロアリールエテン系化合物が下記一般式[I]で表される請求項1または2に記載のフォトクロミック分子材料。
    Figure 0004104266
    〔一般式[I]中、Aは下記置換基[i],[ii]または[iii](置換基[i],[ii]および[iii]において、R1はアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基または置換されていてもよいアリール基を表し、R2およびR3はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基または置換されていてもよいアリール基を表すか、またはR2とR3とは互いに連結して置換されていてもよい炭化水素環もしくは置換されていてもよい複素環を形成してもよい。Yは−O−,−S−または−NR4−(R4は水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアリール基または置換されていてもよいシクロアルキル基を表す)を表す)を表し、
    Figure 0004104266
    Bは下記置換基[iv],[v]または[vi](置換基[iv],[v]および[vi]において、R5はアルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子またはトリフルオロメチル基を表し、R6およびR7はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基または置換されていてもよいアリール基を表すか、またはR6とR7とが互いに連結して置換されていてもよい炭化水素環もしくは置換されていてもよい複素環を形成してもよい。Zは−O−,−S−または−NR4−(R4は水素原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアリール基または置換されていてもよいシクロアルキル基を表す)を表す)を表し、
    Figure 0004104266
    かつ、上記R1〜R7の少なくとも一つは前記蛍光性置換基が結合する1,4−フェニレン基、エテニレン基およびエチニレン基からなる群から選ばれる何れかの基である。〕
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