JP4320434B2 - 有機ホウ素π電子系化合物及びそれを含有する材料 - Google Patents
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Description
R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜16のアルキル基、炭素数1〜16の分岐アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、フルオロアルキル基、アリール基、置換アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、1価の複素環基、1価の置換複素環基、アルケニル基、置換アルケニル基、アルキニル基、置換アルキニル基、アリル基、アミノ基、置換アミノ基、アゾ基、カルボキシル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、置換シリル基、ホスフィノ基、置換ホスフィノ基、シリルオキシ基、置換シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基、ボリル基、置換ボリル基及びハロゲン原子からなる群より選ばれた1種であり、
R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、置換アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、オリゴアリール基、置換オリゴアリール基、1価の複素環基、1価の置換複素環基、1価のオリゴ複素環基、1価の置換オリゴ複素環基、アルケニル基、置換アルケニル基、アルキニル基、置換アルキニル基、アリル基、アミノ基、置換アミノ基、アゾ基、カルボキシル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、置換シリル基、スタンニル基、置換スタンニル基、ボリル基、置換ボリル基、ホスフィノ基、置換ホスフィノ基、シリルオキシ基、置換シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基及びハロゲン原子からなる群より選ばれた1種であり、
lは1〜20の値であり、mは0〜20の値であり、nは1〜100の値である。)
まず、2,5−ジブロモ−1,4−ビス(トリメチルシリルエチニル)ベンゼン(下記化合物1)を1,4−ジブロモ−2,5−ジヨードベンゼンを出発原料として公知の方法(J. Organomet. Chem. 2002, 653, 215.)により合成した。続いて、アルゴンガス雰囲気下、化合物1(4.36g,10.0mmol)のTHF溶液(80mL)にn−BuLi(1.6M,13.1mL,21.0mmol)を−78℃で滴下した。反応溶液を−78℃に保ったまま30分攪拌を続けたあと、これにジメシチルフッ化ホウ素(8.07g,21.0mmol)のTHF溶液(30mL)を加えた。反応溶液をゆっくりと室温まで昇温し、室温で終夜攪拌した。減圧下で溶媒を留去し、残留物をエーテルで洗浄後、ヘキサンとクロロホルムの混合溶媒より再結晶し、4.47g(5.80mmol)の2,5−ビス(ジメシチルボリル)−1,4−ビス(トリメチルエチニル)ベンゼン(下記化合物2)を白色固体として収率58%で得た。化合物2のスペクトルデータは以下のとおり.mp > 300 ℃; 1H NMR (CDCl3): d -0.06 (s, 18H), 1.99 (s, 24H), 2.27 (s, 12H), 6.75(s, 8H), 7.34 (s, 2H); 13C NMR (CDCl3): d0.3, 21.3, 23.3, 99.1, 104.8, 125.7, 128.4, 137.4, 139.3, 140.9, 142.4, 152.6; HRMS (FAB): 766.4750 (M+); Cald for C52H64B2Si2: 766.4733.
アルゴンガス雰囲気下、化合物2(1.53g,2.0mmol)のTHF溶液(100mL)にTBAFのTHF溶液(1.0M,40mL,40mmol)を室温で加え、反応溶液を室温で4日間攪拌した。減圧下で溶媒を留去したあと、得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=5/1、Rf=0.35)で分離精製した。更に、ヘキサンとクロロホルムの混合溶媒により再結晶を行い、0.85g(1.34mmol)の2,5−ビス(ジメシチルボリル)−1,4−ジエチニルベンゼン(下記化合物3)を白色固体として収率68%で得た。化合物3のスペクトルデータは以下のとおり.mp > 300 ℃; 1H NMR (270 MHz, CDCl3): d2.00 (s, 24H), 2.27 (s, 12H), 2.74 (s, 2H), 6.75 (s, 8H), 7.39 (s, 2H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3): d 21.3, 23.2, 81.5, 83.1, 125.1, 128.2, 137.8, 139.4, 140.9, 142.3, 153.0; HRMS (FAB): 623.4020 (M+H+); Calcd for C46H49B2: 623.4036.
アルゴンガス雰囲気下、化合物3(62mg,0.10mmol)、ヨードベンゼン(82mg,45μL,0.40mmol)、Pd(PPh3)4(12mg,0.01mmol)及びCuI(3.8mg,0.02mmol)を脱気した1/3(v/v)(i−Pr)2NEt/THF(4mL)の混合溶液に室温で溶かした。反応溶液を50℃で終夜攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、クロロホルムに溶かした。この溶液を5%NH4OH水溶液、1N HCl水溶液及び飽和食塩水で洗浄したあと、無水MgSO4で乾燥し、吸引濾過後にろ液を減圧下で濃縮した。得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=5/1、Rf=0.30)で分離精製し、56mg(0.072mmol)の2,5−ビス(ジメシチルボリル)−1,4−ビス(フェニルエチニル)ベンゼン(下記化合物4a)を緑色固体として収率72%で得た。化合物4aのスペクトルデータは以下のとおり.mp 296.5-297.5 ℃; 1H NMR (CDCl3): d 2.04 (s, 24H), 2.26 (s, 12H), 6.76 (s, 8H), 6.98 (dd, J = 7.2, 1.6 Hz, 4H), 7.15-7.20 (m, 6H), 7.46 (s, 2 H); 13C NMR (CDCl3): d21.2, 23.3, 90.2, 93.8, 123.2, 125.9, 127.7, 127.9, 128.4, 131.5, 137.5, 139.2, 140.9, 142.5, 152.2; EI MS m/z 774 (M+); Anal. Calcd for C58H52B2: C 89.92, H 7.29. Found: C 90.14, H 7.43.
このように合成した化合物4aについてX線結晶構造解析を行った。その結果を図1に示す。図1に示すように、化合物4aのπ電子系骨格中のベンゼン環のうちホウ素置換基が導入されたベンゼン環とアセチレン結合を介してこのベンゼン環に結合しているベンゼン環とが二面角37.28°を形成しており、π電子系骨格にねじれが生じていることが確認された。これは、2つのメシチル基が導入されたホウ素置換基により立体障害が生じ、この立体障害により2つのベンゼン環の間にねじれが生じたものと推定される。なお、この化合物4aの立体構造は、ホウ素置換基により強固に固定されていた。
化合物4aについて固体状態での蛍光量子収率を検討するにあたり、得られた化合物4aのスピンコート膜とパウダーとを作製した。このうち、スピンコート膜については、化合物4aの濃度を約1mg/0.25mLとしたTHF溶液を調製し、この溶液を用いて石英基板上に作製した。また、パウダーは、精製後、減圧下で溶媒を留去することにより得た。
得られたスピンコート膜及びパウダーについて、蛍光分光計F4500(日立製)を用いて吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの測定を行うと共に量子収率測定装置C9920−01(浜松ホトニクス製)を用いて蛍光量子収率の測定を行った。表1にその測定結果を示す。まず、スピンコート膜の吸収スペクトルでは、表1に示すように、360nmに吸収極大を示した。この波長で光励起すると、484nmに蛍光極大を示した。また、パウダーでは360nmに吸収極大を示し、498nmに蛍光極大を示した。次に、蛍光量子収率(φ)を測定したところ、表1に示すように、スピンコート膜ではφ=0.44であり、パウダーではφ=0.71であった。これらの値は、発光性材料として十分な量子収率であり、化合物4aは、固体状態のうち特にパウダーにおいて可視領域で高効率な発光を示すことが確認された。また、ホウ素置換基の導入の効果を確認するために、比較例として1,4−ビス[(4−ジフェニルアミノ)フェニル]エチニルベンゼン(下記化合物5)について同様にしてスピンコート膜を作製し、蛍光量子収率φを測定したところ、φ=0.19であった。このことから、化合物4aで高効率な蛍光量子収率が得られたのはホウ素置換基の影響によるものといえる。つまり、化合物4aのπ電子系骨格にねじれが生じ且つこの立体構造が強固に固定されているために固体状態での分子間相互作用が弱まり、これにより消光が抑制されたものと推察される。
アルゴンガス雰囲気下、化合物3(62mg,0,10mmol)、4−ジフェニルアミノ−1−ヨードベンゼン(111mg,0.30mmol)、Pd(PPh3)4(12mg,0.01mmol)及びCuI(3.8mg,0.02mmol)を脱気した1/3(v/v)(i−Pr)2NEt/THF(4mL)の混合溶液に室温で溶かした。反応溶液を50℃で終夜攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、クロロホルムに溶かした。この溶液を5%NH4OH水溶液、1N HCl水溶液及び飽和食塩水で洗浄したあと、無水MgSO4で乾燥し、吸引濾過により乾燥剤を除去した後に減圧下で濃縮した。得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=3/1、Rf=0.22)で分離精製し、56mg(0.059mmol)の2,5−ビス(ジメシチルボリル)−1,4−ビス[(4−ジフェニルアミノ)フェニル]エチニルベンゼン(化合物4b)を緑色固体として収率59%で得た。化合物4bのスペクトルデータは以下のとおり.mp 296.5-297.5 ℃; 1H NMR (CDCl3): d 2.04 (s, 24H), 2.26(s, 12H), 6.76 (s, 8H), 6.98 (dd, J = 7.2, 1.6 Hz, 4H), 7.15-7.20 (m, 6H), 7.46(s, 2 H); 13C NMR (CDCl3): d21.2, 23.3, 90.2, 93.8, 123.2, 125.9, 127.7, 127.9,128.4, 131.5, 137.5, 139.2, 140.9, 142.5, 152.2; EI MS m/z 774 (M+); Anal. Calcd for C58H52B2: C 89.92, H 7.29. Found: C 90.14, H 7.43.
このように合成した化合物4bについてX線結晶構造解析を行った。その結果を図2に示す。図2に示すように、化合物4bのπ電子系骨格中のベンゼン環のうちホウ素置換基が導入されたベンゼン環とアセチレン結合を介してこのベンゼン環に結合しているベンゼン環とが二面角47.53°を形成しており、π電子系骨格にねじれが生じていることが確認された。
上述の実施例1の(5)と同様にして化合物4bのスピンコート膜とパウダーとを作製し、上述の実施例1の(6)と同様にして吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの測定と蛍光量子収率の測定とを行った。その結果、スピンコート膜では360nmに吸収極大を示し、560nmに蛍光極大を示した。また、パウダーでは360nmに吸収極大を示し、570nmに蛍光極大を示した(表1参照)。蛍光量子収率φは、スピンコート膜ではφ=0.94であり、パウダーではφ=0.87であった。これらの値は量子収率として極めて良好な値であり、化合物4bはスピンコート膜とパウダーとにおいて可視領域で高効率な発光を示すことが確認された。
アルゴンガス雰囲気下、化合物3(62mg,0.10mmol)、9−(p−)ヨードフェニル)カルバゾール(147mg,0.30mmol)、Pd(PPh3)4(12mg,0.01mmol)及びCuI(3.8mg,0.02mmol)を脱気した1/3(v/v)(i−Pr)2NEt/THF(4mL)の混合溶液に室温で溶かし、これを50℃で終夜攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、クロロホルムに溶かした。この溶液を5%NH4OH水溶液、1N HCl水溶液及び飽和食塩水で洗浄したあと、無水MgSO4で乾燥し、吸引濾過により乾燥剤を除去した後にろ液を減圧下で濃縮した。得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=4/1、Rf=0.11)で分離精製し、101mg(0.092mmol)の上記化12の化合物4cを緑色固体として収率92%で得た。化合物4cのスペクトルデータは以下のとおり.mp > 300 ℃; 1H NMR (CDCl3): d 2.10 (s, 24H), 2.28 (s, 12H), 6.82 (s, 8H), 7.22 (d, J = 8.4 Hz, 4H), 7.28 (t, J = 7.2 Hz, 4H), 7.36-7.44 (m, 12H), 7.55 (s, 2H), 8.13 (d, J = 8.4 Hz, 4H); 13C NMR (CDCl3): d 21.3, 23.4, 91.2, 93.2, 109.7, 120.1, 120.3, 122.2, 123.5, 125.9, 126.0, 126.3, 128.5, 133.1, 137.2, 137.8, 139.4, 140.6, 141.0, 142.5, 152.3; EI MS m/z 1104 (M+); Anal. Calcd for C82H70B2N2: C, 89.12, H 6.38, N 2.53. Found: C, 88.89, H 6.59, N 2.56.
上述の実施例1の(5)と同様にして化合物4cのスピンコート膜とパウダーとを作製し、上述の実施例1の(6)と同様にして吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの測定と蛍光量子収率の測定とを行った。その結果、スピンコート膜では360nmに吸収極大を示し、505nmに蛍光極大を示した。また、パウダーでは360nmに吸収極大を示し、504nmに蛍光極大を示した(表1参照)。蛍光量子収率φは、スピンコート膜ではφ=0.84であり、パウダーではφ=0.99であった。これらの値は量子収率として極めて良好な値であり、化合物4cはスピンコート膜とパウダーとにおいて可視領域で高効率な発光を示すことが確認された。
アルゴンガス雰囲気下、化合物2(1.53g,2.0mmol)のTHF溶液(100mL)にTBAFのTHF溶液(1.0M,4.0mL,4.0mmol)を室温で加え、反応溶液を室温で2日間撹拌した。減圧下で溶媒を留去した後、得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=5/1,Rf=0.38)で分離精製した。更に、GPC(溶媒:クロロホルム)で精製し、1.01g(1.45mmol)の2,5−ビス(ジメシチルボリル)−4−エチニル−1−トリメチルシリルエチニルベンゼン(下記化合物6)を白色固体として収率73%で得た。化合物6のスペクトルデータは以下のとおり.mp 237.5-238.5 ℃;1H NMR (CDCl3): d -0.06 (s, 9H), 1.98 (s, 12H), 2.00 (s, 12H), 2.26 (s, 6H), 2.28 (s, 6H), 2.73 (s,1H), 6.74 (s, 4H), 6.75 (s, 4H), 7.33 (s, 1H), 7.39 (s, 1H); 13C NMR (CDCl3): d-0.4, 21.2, 21.3, 23.2, 23.3, 81.4, 83.2, 99.2, 104.6, 124.6, 126.1, 128.1, 128.4, 137.4, 137.8, 139.3, 139.4, 140.8, 141.0, 142.4, 152.6, 153.0; HRMS (FAB): 695.4432 (M+H+); Calcd for C49H57B2Si: 695.4416.
アルゴンガス雰囲気下、化合物6(138mg,0.20mmol),ヨードベンゼン(163mg,90μL,0.80mmol)、Pd(PPh3)4(23mg,0.02mmol)及びCuI(7.6mg,0.04mmol)を脱気した1/3(v/v)(i−Pr)2NEt/THF(8mL)の混合溶液に室温で溶かした。反応溶液を50℃で終夜攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、クロロホルムに溶かした。この溶液を5%NH4OH水溶液、1N HCl水溶液及び飽和食塩水で洗浄したあと、無水MgSO4で乾燥し、吸引濾過により乾燥剤を除去した後にろ液を減圧下で濃縮した。得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=5/1、Rf=0.34)で分離精製し、138mg(0.18mmol)の2,5−ビス(ジメシチルボリル)−4−フェニルエチニル−トリメチルシリルエチルベンゼン(下記化合物7)を淡黄色固体として収率90%で得た。化合物7のスペクトルデータは以下のとおり.mp 285.0-286.0 ℃; 1H NMR (CDCl3): d -0.05 (s, 9H), 2.02 (s, 24H), 2.26 (s, 6H), 2.28 (s, 6H), 6.76 (s, 8H), 6.97 (dd, J = 6.8, 1.6 Hz, 2 H), 7.13-7.19 (m, 3 H), 7.39 (s, 1 H), 7.40 (s, 1H); 13C NMR (CDCl3): d = -0.3, 21.2, 21.3, 23.3, 90.1, 93.8, 98.9, 104.9, 123.1, 125.6, 125.9, 127.7, 127.8, 128.37, 28.39, 131.5, 137.1, 137.7, 139.2, 139.3, 140.9, 141.0, 142.5, 152.0, 152.8; HRMS (FAB):770.4669 (M+); Cald for C55H60B2Si: 770.4650.
アルゴンガス雰囲気下、化合物7(191mg,0.25mmol)のTHF溶液(5mL)にTBAFのTHF溶液(1.0M,2.5mL,2.5mmol)を室温で加え、反応溶液を室温で4日間撹拌した。減圧下で溶媒を留去したあと、得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=5/1、Rf=0.32)で分離精製し、151mg(0.22mmol)の2,5−ビス(ジメシチルボリル)−4−エチニル−フェニルエチルベンゼン(下記化合物8)を淡黄色固体として収率87%で得た。化合物8のスペクトルデータは以下のとおり.mp 154.0-155.0 ℃; 1H NMR (CDCl3): d 2.03 (s, 12H), 2.05 (s, 12H), 2.26 (s, 6H), 2.30 (s, 6H), 2.76 (s, 1H), 6.76 (s, 4H), 6.78 (s, 4H), 6.98 (dd, J = 6.8, 1.6 Hz, 2 H), 7.15-7.21 (m, 3H), 7.42 (s, 1H), 7.47 (s, 1H); 13C NMR (CDCl3): d21.2, 21.3, 23.2, 23.3, 81.3, 83.3, 89.9, 93.9, 123.0, 124.5, 126.4, 127.7, 127.9, 128.2, 128.4, 131.5, 137.1, 138.2, 139.2, 139.4, 140.8, 141.0, 142.4, 151.9, 153.2; HRMS (FAB): 698.4272 (M+); Cald for C52H52B2: 698.4255.
アルゴンガス雰囲気下、化合物8(110mg,0.16mmol)、p−ジヨードベンゼン(26mg,0.08mmol)、Pd(PPh3)4(18mg,0.016mmol)及びCuI(1.6mg,0.032mmol)を脱気した1/3(v/v)(i−Pr)2NEt/THF(4mL)の混合溶液に室温で溶かし、これを50℃で終夜攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、クロロホルムに溶かした。この溶液を5%NH4OH水溶液、1N HCl水溶液及び飽和食塩水で洗浄したあと、無水MgSO4で乾燥し、吸引濾過により乾燥剤を除去した後にろ液を減圧下で濃縮した。得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=5/1、Rf=0.25)で分離精製し、110mg(0.075mmol)の1,4−ビス{[2,5−ビス(ジメシチルボリル)−4−フェニルエチニル−1−フェニル]エチニル}ベンゼン(下記化合物9)を緑色固体として収率93%で得た。化合物9のスペクトルデータは以下のとおり.mp 294-295 ℃; H NMR (CDCl3): d 2.02 (s, 24H), 2.03 (s, 24H), 2.27 (s, 24H), 6.74 (s, 16H), 6.77 (s, 4H), 6.94 (dd, J = 7.8, 1.6 Hz, 4 H), 7.13-7.19 (m, 6H), 7.39 (s, 2H), 7.41 (s, 2H); 13C NMR (CDCl3): d 21.21, 21.24, 23.1, 90.1, 91.8, 93.9, 94.2, 122.3, 123.0, 125.4, 125.8, 127.4, 127.5. 128.3, 130.6, 131.3, 137.45, 137.49, 138.8, 140.3, 142.0, 151.5, 151.6; EI MS m/z 1471 (M+); Anal. Calcd for C110H106B4: C, 89.80; H, 7.26. Found: C, 89.79; H, 7.36.
上述の実施例1の(5)と同様にして化合物9のスピンコート膜を作製し、上述の実施例1の(6)と同様にして吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの測定と蛍光量子収率の測定とを行った。その結果、389nmに吸収極大を示し、488nmに蛍光極大を示した(表1参照)。また、蛍光量子収率φについてはφ=0.59であった。このことから、化合物9はスピンコート膜において可視領域で比較的高効率な発光を示すことが確認された。
まず、2,5−ジブロモ−1,4−ビス{2−[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]ビニル}ベンゼン(下記化合物10)を[2,5−ジブロモ−4−(ジエトキシホスホリルメチル)ベンジル]ホスホン酸ジエチルエステルと4−(ジフェニルアミノ)ベンスアルデヒドとを出発原料として公知の方法(J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1215.)により合成した。続いて、アルゴンガス雰囲気下、化合物10(231mg,0.30mmol)のTHF溶液(5mL)にt−BuLi(ヘプタン中で1.46M,0.86mL,1.26mmol)を−78℃でゆっくり滴下した。反応溶液を−78℃で1時間撹拌し、ジメシチルフッ化ホウ素(168mg,0.63mmol)のTHF溶液(5mL)を加えた。この反応溶液をゆっくりと室温まで昇温し、室温で終夜攪拌した。水(5mL)を加えた後、水層をクロロホルム(30mL)で抽出した。有機層を無水MgSO4で乾燥し、吸引濾過後に減圧下で濃縮した。得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/クロロホルム=5/1、Rf=0.15)で分離精製し、231mg(0.21mmol)の2,5−ビス(ジメシチルボリル)−1,4−ビス{2−[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]ビニル}ベンゼン(下記化合物11)を緑色固体として収率70%で得た。化合物11のスペクトルデータは以下のとおり.1H NMR (CDCl3): d 2.07 (s, 24 H), 2.26 (s, 12H), 6.52 (d, J = 16.0 Hz, 2H), 6.81-6.90 (m, 18H), 7.01-7.08 (m, 16H), 7.24 (d, J = 16 Hz, 4H), 7.60 (s, 2H); 13C NMR (CDCl3): d 21.2, 23.3, 122.7, 123.7, 124.2, 127.2, 127.7, 128.1, 128.5, 129.2, 130.6, 132.3, 139.2, 140.2, 140.5, 143.3, 146.7, 147.6, 150.0; EI MS M/Z 1112 (M+).
このように合成した化合物11についてX線結晶構造解析を行った。その結果を図3に示す。図3に示すように、化合物11のπ電子系骨格中のベンゼン環のうちホウ素置換基が導入されたベンゼン環とエチレン結合を介してこのベンゼン環に結合しているベンゼン環とが二面角6.18°を形成しており、π電子系骨格にねじれが生じていることが確認された。
上述の実施例1の(5)と同様にして化合物11のスピンコート膜とパウダーとを作製し、上述の実施例1の(6)と同様にして吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの測定と蛍光量子収率の測定とを行った。その結果、スピンコート膜では389nmに吸収極大を示し、592nmに蛍光極大を示した。また、パウダーでは360nmに吸収極大を示し、596nmに蛍光極大を示した(表1参照)。蛍光量子収率φについては、スピンコート膜ではφ=0.72であり、パウダーではφ=0.91であった。これらの値は、発光性材料として十分な量子収率であり、化合物11はスピンコート膜とパウダーとにおいて可視領域で高効率な発光を示すことが確認された。また、ホウ素置換基の導入の効果を確認するために、比較例として1,4−ビス{2−[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]ビニル}ベンゼン(下記化合物12)のスピンコート膜を同様に作製して蛍光量子収率φを測定したところ、φ=0.06であった。このことから、化合物11で高効率な蛍光量子収率が得られたのはホウ素置換基の影響によるものといえる。つまり、化合物11のπ電子系骨格にねじれが生じ且つこの立体構造が強固に固定されているために固体状態での分子間相互作用が弱まり、これにより消光が抑制されたものと推察される。
3−ブロモ−2,2’−ビチオフェン(下記化合物21)3.49g(13.7mmol)をエーテル(20mL)に溶かし、n−BuLi(1.6M,9.0mL,14.4mmol)を−78℃で滴下し、そのまま3時間撹拌を続けた。この溶液に、−78℃でMes2BF(4.05g,15.1mmol)のエーテル(20mL)溶液を滴下した。反応溶液をゆっくりと室温に戻し、室温で終夜撹拌した。水(20mL)を加えた後、水層をヘキサン(10mL)で5回抽出した。有機層をあわせてMgSO4で乾燥後、減圧ろ過、エバポレーションで濃縮し、5.90gの茶色固体を得た。ヘキサン:トルエン(1:1)の混合溶液より再結晶し、3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(下記化合物22)1.16g(2.81mmol)を黄緑色の固体として収率20%で得た。さらに、ろ液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー (ヘキサン:トルエン=7:1,Rf=0.40)で精製し、3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(化合物22)2.43g(5.87mmol)を収率43%で得た。つまり、あわせて化合物22を3.59g(8.68mmol)の黄緑色の固体として収率63%で得た。微量融点測定装置(ヤナコ社製、MP−S3)にて得られた固体の融点を測定したところ、融点は129.3−129.8℃であった。スペクトルデータは次の通りである。
このように合成した化合物22についてX線結晶構造解析を行った。その結果を図4に示す。図4に示すように、化合物22のπ電子系骨格中のチオフェン環同士が二面角56.3°を形成しており、π電子系骨格にねじれが生じていることが確認された。これは、メシチル基が導入されたホウ素置換基により立体障害が生じ、この立体障害により2つのチオフェン環の間にねじれが生じたものと推定される。なお、この化合物22の立体構造は、ホウ素置換基により強固に固定されていた。
化合物22について固体状態での蛍光量子収率を検討するにあたり、得られた化合物22のスピンコート膜を作製した。スピンコート膜は、化合物22の濃度を約1mg/0.25mLとしたTHF溶液を調製し、この溶液0.3mLをスピンコータ(ミカサ社製、1H−D7)上に置いた石英プレートの上に滴下し、これを1000rpmで60秒回転させたあとさらに300rpmで20秒回転させることにより作製した。
得られたスピンコート膜について、紫外可視分光光度計(島津製作所社製、UV−3150)を用いて吸収スペクトルを測定するとともに、分光蛍光光度計(日立製、F4500)を用いて蛍光スペクトルの測定を行った。表2及び図8にその測定結果を示す。なお、表2には吸収極大波長と蛍光極大波長とを示し、図8には吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを示した。表2に示すように、スピンコート膜の吸収スペクトルでは386nmに吸収極大を示し、この波長で光励起すると486nmに蛍光極大を示した。なお、化合物22をTHFに溶かした溶液(約1mg/0.25mL)について同様に測定を行ったところ、溶液状態では371nmに吸収極大を示し、477nmに蛍光極大を示した。また、固体状態での吸収スペクトル及び蛍光スペクトルは、溶液状態よりも少し長波長シフトするものの、スペクトルの形は固体状態と溶液状態とで略同じであった(図5参照)。更に、側鎖へのホウ素置換基の導入の効果を確認するために、比較例1として5,5’−ビス(ジメシチルボリル)−2,2’−ビチオフェン(下記化合物23)について、上述の(3)と同様にしてスピンコート膜を作製し、吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの測定を行い、THFに溶かした溶液状態のスペクトルと比較した。その結果を図6に示す。図5と図6とを比較すると分かるように、蛍光スペクトルにおいて、化合物23ではスピンコート膜での蛍光スペクトルがエキシマー発光に対応する長波長シフトしたピークが観察されたのに対し、化合物22では蛍光スペクトルの波形はTHF溶液のものと比べてもほとんど変化がなく、エキシマー発光は観測されなかった。このことから、化合物22の方が固体状態(スピンコート膜)において、より効果的に分子間の相互作用を抑制できると言える。
得られたスピンコート膜について、量子収率測定装置(浜松ホトニクス製、C9920−01)を用いて蛍光量子収率(φ)の測定を行った。その結果、スピンコート膜ではφ=0.55であった(表2参照)。この値は、発光性材料として十分な量子収率であり、化合物22は、固体状態において可視領域で高効率な発光を示すことが確認された。また、比較例1として化合物23について同様にしてスピンコート膜を作製し、蛍光量子収率φを測定したところ、φ=0.46であった(表2参照)。このことから、化合物22で高効率な蛍光量子収率が得られたのは、側鎖に導入されたホウ素置換基の影響によるものであると考えられる。つまり、化合物22のπ電子系骨格にねじれが生じ且つこの立体構造が強固に固定されているために固体状態での分子間相互作用が弱まり、これにより消光が抑制されたものと推察される。
得られた化合物22について、サイクリックボルタンメトリーを行った結果を図7に示す。なお、サイクリックボルタンメトリーは、n−Bu4N+PF6-(0.1M)を指示電解質に用いてTHF溶液中で行った。その結果、E1/2=−2.44V(vs Fc/Fc+)に可逆な還元波を示した(図7参照)。この結果は、化合物22が電子受容能を有していることを示す。
化合物22(0.103g,0.249mmol)とMes2BF(0.346g,1.29mmol)のエーテル(6mL)溶液に、ジイソプロピルアミン(0.18mL,1.28mmol)とn−BuLi(1.56M,0.80mL,1.25mmol)とをエーテル(5mL)中で0℃において調製したLDAのエーテル溶液を、0℃で加えた。34時間室温で撹拌した後、水(20mL)を加えた。水層をエーテル(10mL)で4回抽出し、有機層にあわせてMgSO4で乾燥後、エバポレーターで濃縮し、0.507gの粗生成物を得た。得られた混合物をシリカゲルクロマトグラフィー(ヘキサン:ジクロロメタン=5:1,Rf=0.30)及びGPC(クロロホルム)で分離精製し、0.225g(0.247mmol)の3,5,5’−トリス(ジメシチルボリル)−2,2’−ビチオフェン(下記化合物24)を黄緑色固体として収率99%で得た。微量融点測定装置(ヤナコ社製、MP−S3)を用いて得られた固体の融点を測定したところ、融点は144.2−144.8℃であった。スペクトルデータは次の通りである。
上述の実施例6の(3)と同様にして化合物24のスピンコート膜を作製し、上述の実施例6の(4)及び(5)と同様にして吸収スペクトル、蛍光スペクトル及び蛍光量子収率の測定を行った。その結果、スピンコート膜では411nmに吸収極大を示し、509nmに蛍光極大を示した(表2参照)。なお、溶液状態では406nmに吸収極大を示し、480nmに蛍光極大を示した。また、蛍光スペクトルは、図8に示すように、固体状態では溶液状態よりも少し長波長側にシフトするものの、スペクトルの形は略同じであった。蛍光スペクトルについて比較例1の化合物23と比較すると(図6参照)、化合物25ではスピンコート膜での蛍光スペクトルがエキシマー発光に対応する長波長シフトしたピークが観察されたのに対し、化合物24では化合物22の場合と同様に蛍光スペクトルの波形はTHF溶液のものと比べてもほとんど変化がなく,エキシマー発光は観測されなかった。このことから、化合物24の方が固体状態(スピンコート膜)において、より効果的に分子間の相互作用を抑制できると言える。また、スピンコート膜での蛍光量子収率φについてはφ=0.77であり、比較例1(φ=0.46)に比べて極めて良好であった。この値は量子収率として良好な値であり、化合物24は固体状態において可視領域で高効率な発光を示すことが確認された。
化合物22(1.24g,3.00mmol)とN−ブロモスクシンイミド(NBS)(1.12g,6.30mmol)を酢酸(40mL)とクロロホルム(40mL)の混合溶媒に溶かし、室温で18時間撹拌した。水(40mL)を加えて、水層をクロロホルム(10mL)で3回抽出した。有機層をあわせて飽和NaHCO3水(40mL)で洗浄し、Mg2SO4で乾燥後、エバポレーターで濃縮し、1.89gの粗生成物を得た。得られた混合物をシリカゲルのショートカラム(展開溶媒:クロロホルム)に通し、1.69g(2.95mmol)の5,5’−ジブロモ−3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(下記化合物25)を黄緑色の固体として収率98%で得た。微量融点測定装置(ヤナコ社製、MP−S3)を用いて得られた固体の融点を測定したところ、融点は174.6−174.8℃であった。スペクトルデータは次の通りである。
化合物25(0.283g,0.494mmol)、4−(ジフェニルアミノ)トリブチルスタンニルベンゼン(0.808g,1.51mmol)のTHF溶液(15mL)にPd2(dba)3・CHCl3(9.0mg,1.8mol%)、トリ(2−フリル)ホスフィン(9.7mg,8.5mol%)を加え、アルゴン雰囲気下で15時間撹拌した。溶媒を減圧留去してシリカゲルのショートカラム(展開溶媒:クロロホルム)を通し、シリカゲルクロマトグラフィー(ヘキサン:クロロホルム=5:2,Rf=0.32)で精製した。さらにGPC(クロロホルム)で分離精製し、0.211g(0.234mmol)の3−ジメシチルボリル−5,5’−ビス(ジフェニルアミノフェニル)−2,2’−ビチオフェン(下記化合物26)を橙色固体として収率47%で得た。微量融点測定装置(ヤナコ社製、MP−S3)を用いて得られた固体の融点を測定したところ、融点は134.0−134.8℃であった。スペクトルデータは以下の通りである。なお、dbaはジベンジリデンアセトンを表す。
上述の実施例6の(3)と同様にして化合物26のスピンコート膜を作製し、上述の実施例6の(4)及び(5)と同様にして吸収スペクトル、蛍光スペクトル及び蛍光量子収率の測定を行った。その結果、スピンコート膜では456nmに吸収極大を示し、601nmに蛍光極大を示した(表2参照)。なお、溶液状態では449nmに吸収極大を示し、600nmに蛍光極大を示した。また、スピンコート膜での蛍光量子収率はφ=0.60であり、比較例1(φ=0.46)に比べて良好な値であった。この値は量子収率としても良好な値であり、化合物26は固体状態において可視領域で高効率な発光を示すことが確認された。
得られた化合物26について、上述の実施例6の(6)と同様にしてサイクリックボルタンメトリーを行った。その結果、E1/2=+0.38V(vs Fc/Fc+)に可逆な酸化波を示し、E1/2=−2.24V(vs Fc/Fc+)とE1/2=−2.61V(vs Fc/Fc+)に二段階の可逆な還元波を示した(図6参照)。この結果は、化合物26が正孔輸送能及び電子受容能を有していることを示す。
2−ブロモ−5−トリメチルシリルチオフェン(2.35g,10.0mmol)のTHF(30mL)溶液に、−78℃でn−BuLi(1.6M,9.52mL,15.2mmol)を加え、−78℃で2時間撹拌を続けた。反応溶液にトリブチルスタンニルクロリド(4.13mL,4.96g,15.2mmol)を加えて、ゆっくりと室温まで昇温した。得られた2−トリブチルスタンニル−5−トリメチルシリルチオフェンのTHF溶液に、4,4’,5,5’−テトラブロモ−2,2’−ビチオフェン(1.86g,3.87mmol)、Pd2(dba)3・CHCl3(0.195g,0.189mmol)及びトリフリルホスフィン(0.177g,0.76mmol)を加えて、10時間還流した。得られた混合溶液に水(30mL)を加えた後、クロロホルムで三回抽出した。得られた有機層を、MgSO4で乾燥し、ろ過後、減圧下で濃縮した。さらに、シリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン,Rf=0.40)で分離し、1.07g(1.70mmol)の5,5’’’−ビス(トリメチルシリル)−3’,4’’−ジブロモクオーターチオフェン(下記化合物27)を収率44%で得た。
化合物27(0.17g,0.27mmol)のTHF溶液(10mL)に、−78℃でn−BuLi(1.6M,0.38mL,0.61mmol)を加え、そのまま−78℃で1時間撹拌を続けた。Mes2BF(0.18g,6.27mmol)のTHF溶液(2mL)を反応溶液に−78℃で加え、ゆっくりと室温まで昇温した。得られた反応溶液に水(10mL)を加えてろ過することにより、0.024g(0.022mmol)の3’,4’’−ビス(ジメシチルボリル)−5,5’’’−ビス(トリメチルシリル)クオーターチオフェン(下記化合物28)を収率8%で得た。スペクトルデータは次の通りである。
ジフェニルアミノチオフェン(528mg,2.1mmol)のTHF(10mL)溶液に、−78℃で、n−BuLi(1.6M,1.4mL,2.2mmol)を加え、−78℃で20分間撹拌を続けた後、0℃まで昇温し2時間撹拌を続けた。反応溶液を再び−78℃に冷却し、反応溶液にトリブチルスタンニルクロリド(0.60mL,720mg,2.2mmol)を加えて、ゆっくりと室温まで昇温した。得られたジフェニル(5−トリブチルスタンニル−2−チエニル)アミンのTHF溶液を、5,5’−ジブロモ−3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(572.5mg,1.00mmol),Pd2(dba)3・CHCl3(20.7mg,0.02mmol,2mol%)及びトリフリルホスフィン(18.6mg,0.08mmol,8mol%)のTHF(15mL)溶液にキャニュラで加え、反応溶液を14時間還流した。混合溶液に水(40mL)を加えた後、クロロホルムで三回抽出した。得られた有機層を、Na2SO4で乾燥し、ろ過後、減圧下で濃縮した。さらに、シリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/ジクロロメタン=3:1,Rf=0.24)で分離し、681mg(0.746mmol)の5,5’’’−ビス(ジフェニルアミノ)−3’−ジメシチルボリルクオーターチオフェン(下記化合物29)を収率75%で得た。このクオーターチオフェンの融点及びスペクトルデータは以下の通りである。
4−カルバゾリル−ヨードベンゼン(299mg,0.81mmol)のエーテル(5mL)溶液に、−78℃で、n−BuLi(1.6M,0.56mL,0.90mmol)を加え、−78℃で1時間撹拌を続けた後、反応溶液にトリブチルスタンニルクロリド(0.25mL,293mg,0.90mmol)を加えて、ゆっくりと室温まで昇温した。得られた4−カルバゾリル−トリブチルスタンニルベンゼンのエーテル溶液を減圧下で溶媒を留去した後、THF(5mL)に溶かして、5,5’−ジブロモ−3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(172mg,0.30mmol)、Pd2(dba)3・CHCl3(6.2mg,0.003mmol,2mol%)及びトリフリルホスフィン(5.6mg,0.024mmol,8mol%)のTHF(5mL)溶液にキャニュラで加えた。この溶液を30時間還流した。得られた混合溶液をシリカゲルのショートカラムに通した後、シリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/ジクロロメタン=4:1,Rf=0.25)で分離し、85mg(0.095mmol)の5,5’−ビス(4−カルバゾリルフェニル)−3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(下記化合物30)を収率32%で得た。
5,5’−ジブロモ−3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(286mg,0.50mmol)、フェニルボロン酸(243mg,2.0mmol)、Pd2(dba)3・CHCl3(10.9mg,0.01mmol,2mol%)、2−(2’,6’−ジメトキシビフェニル)ジシクロヘキシルフォスフィン(17.0mg,0.04mmol,8mol%)及びK3PO4(638mg,3.0mmol)をトルエン(5mL)に溶かし、50℃で12時間加熱した。混合溶液に水(10mL)を加えた後、ジクロロメタンで四回抽出した。得られた有機層を、MgSO4で乾燥し、ろ過後、減圧下で濃縮した。さらに、シリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/ジクロロメタン=5:1,Rf=0.40)及びGPC(展開溶液:クロロホルム)で分離し265mg(0.46mmol)の5,5’−ジフェニル−3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(下記化合物31)を収率93%で得た。
5,5’−ジブロモ−3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(286mg,0.50mmol)、メシチルボロン酸(328mg,2.0mmol)、Pd2(dba)3・CHCl3(10.5mg,0.01mmol,2mol%)、2−(2’,6’−ジメトキシビフェニル)ジシクロヘキシルフォスフィン(17.6mg,0.04mmol,8mol%)及びK3PO4(640mg,3.0mmol)をトルエン(5mL)に溶かし、50℃で36時間加熱した。混合溶液に水(50mL)を加えた後、ジクロロメタンで四回抽出した。得られた有機層を、MgSO4で乾燥し、ろ過後、減圧下で濃縮した。さらに,シリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/ジクロロメタン=10:1,Rf=0.38)で分離し166mg(0.26mmol)の5,5’−ジメシチル−3−ジメシチルボリル−2,2’−ビチオフェン(下記化合物32)を収率51%で得た。
上述の実施例6の(3)と同様にして化合物29〜32のスピンコート膜を作製し、上述の実施例6の(4)及び(5)と同様にして吸収スペクトル、蛍光スペクトル及び蛍光量子収率の測定を行った。その結果を表3及び図9〜図12に示す。表3及び図9〜図12から明らかなように、化合物29〜32のいずれも、フィルム(つまり固体状態)と溶液状態とで吸収スペクトルの吸収極大波長や蛍光スペクトルの蛍光極大波長に大きな差はなく概ね同じであり、スペクトルの形状も概ね同じであった。また、量子収率も固体状態と溶液状態とでそれほど大きな差が見られなかった。こうしたことから、これらの化合物では、固体状態においても希薄溶液状態とほぼ同様の環境をもつことを示しており、効果的に分子間の相互作用が抑制されているといえる。一方、チオフェンが4つ連なった構造をもつ化合物29は、吸収スペクトルの吸収極大が465 nm(溶液)、479 nm(固体)であり、これらの波長で光励起したときの蛍光極大が200 nm近い大きなストークスシフトを伴って660 nm前後つまり赤色領域に蛍光極大を示した。このことは、この化合物が青色の光を吸収して赤色の発光を示すことを意味している。また、一般に赤色に蛍光を示す化合物は、ローバンドギャップセオリーなどのためこれまで高い量子収率を示す化合物は限られているが、化合物29は、固体状態においても量子収率は0.30と比較的高い値を示した。これらの点から、化合物29の有用性が高い。
Claims (9)
- 下記式(7)で表される、有機ホウ素π電子系化合物。
R3及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜16のアルキル基、炭素数1〜16の分岐アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、フルオロアルキル基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、1価の複素環基、アルケニル基、アルキニル基、アリル基、アミノ基、アゾ基、カルボキシル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、ホスフィノ基、シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基、ボリル基及びハロゲン原子からなる群より選ばれた1種であり、
R5及びR6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、オリゴアリール基、1価の複素環基、1価のジアリールアミノチエニル、1価のオリゴ複素環基、アルケニル基、アルキニル基、アリル基、アミノ基、アゾ基、カルボキシル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、スタンニル基、ボリル基、−BR 7 R 8 (R 7 ,R 8 は、それぞれ独立に、フェニル基、メシチル基、2,4,6−トリイソプロピルフェニル基、2,4,6−トリ−tert−ブチルフェニル基又は2,4,6−トリス(トリフルオロ)メチルフェニル基である。)、ホスフィノ基、シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基、4−ジフェニルアミノフェニル基、4−カルバゾリルフェニル基、メシチル基及びハロゲン原子からなる群より選ばれた1種であり、
lは1〜20の値であり、mは0〜20の値であり、nは1〜100の値である。) - R1及びR2は、2,4,6−トリアルキルフェニル基である、請求項1に記載の有機ホウ素π電子系化合物。
- R3及びR4は水素原子である、請求項1〜4のいずれかに記載の有機ホウ素π電子系化合物。
- l及びmは1であり、nは1又は2である、請求項1〜5のいずれかに記載の有機ホウ素π電子系化合物。
- l,m及びnはいずれも1であり、R5及びR6はフェニル基、4−ジフェニルアミノフェニル基、4−カルバゾリルフェニル基、メシチル基又はジフェニルアミノチエニル基である、請求項1又は2に記載の有機ホウ素π電子系化合物。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の有機ホウ素π電子系化合物を含有する、発光性材料。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の有機ホウ素π電子系化合物を含有する、電荷輸送性材料。
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