JP4742181B2 - 新規フォトクロミック化合物 - Google Patents
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Description
熱安定性を有するフォトクロミック化合物として、フルギド誘導体(特開平6−345772号公報:特許文献1)、ジアリールエテン誘導体(特開昭63−024245号公報:特許文献2、特開昭63−077876号公報:特許文献3)、1−アリールブタジエン誘導体(特開2002−348285号公報:特許文献4)等が知られている。
光ディスクをはじめとする光メモリ媒体では、それら2つの異性体の色調変化を0、1の情報として記録する。また、紫外線によって着色することから紫外線照射量を目視により計測可能な紫外線センサーへの応用が期待されている(特開平11−118602号公報:特許文献5)。
特に、(4)については、光照射時の開環体から閉環体への変換効率を高くすることが重要である(特開2002−069439号公報:特許文献6)。
かくして、本発明に従えば、下記の一般式(I)もしくはその閉環体(I)’、または(II)もしくはその閉環体(II)’で表されるフォトクロミック化合物が提供される。
ここで、芳香族環(置換基を有していてもよい芳香族環)とは、一般的には、炭素数6〜18の芳香族環であり、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナントレン環、アントラセン環、ナフタセン環、キノリン環、イソキノリン環、ジベンゾフラン環、カルバゾール環などが挙げられるが、好ましくはベンゼン環である。R2とR3は互いに結合して環を形成しても良い。R2とR3が、互いに結合して形成する環とは、一般的には、5員環または6員環であり、好ましくは、ベンゼン環である。
以下の実施例は、本発明により得られるフォトクロミック化合物のうち、特に好ましい特性を有するものの例として(A)〜(E)及びそれらの閉環体(A)’〜(E)’(図1)について、合成、溶液および薄膜中における光異性化特性に関する検討を行ったものである。
なお、本明細書、特許請求の範囲および図面においてMeはメチル基、Buはブチル基を表す。
(i) 2−(2−メチルベンゾ[b]チエ−3−イル)ベンゾ[b]チオフェン〔以下、化合物(IX)と称する〕
200ml3つ口フラスコに2−メチル−3−ヨードベンゾ[b]チオフェン (5.51g、20.1mmol)、ベンゾ[b]チオフェン−2−イルボロン酸(5.20g、29.2mmol)、テトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム塩(0.525g、0.446mmol)、を80mlTHFに溶かし、その溶液に2M炭酸ナトリウム中(40ml)を加え6時間加熱還流した。エチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィー(関東化学:シリカゲル60、展開溶媒:ヘキサン)で精製し、2−(2−メチルベンゾ[b]チエ−3−イル)ベンゾ[b]チオフェン(IX)を得た。収量は3.62g(収率62%)であった。
この化合物(IX)の構造に関する分析データは以下の通りである。
融点113-114℃。1H
NMR(200MHz);δ2.65(s,3H)、7.34-7.43(m,4H)、7.45(s,1H)、7.72-7.83(m,4H)。Ms(質量分析)(EI) m/z 290(M+)。元素分析(C17H12S2として)計算値:C 72.82、H 4.31、実測値:C 72.83、H 4.35%。
2−(2−メチルベンゾ[b]チエ−3−イル)ベンゾ[b]チオフェン(IX)(1.0g、3.56mmol)をTHF20mlに溶かし、室温で臭素(0.180ml、3.56mmol)を加え12時間攪拌した。チオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィー(関東化学:シリカゲル60、展開溶媒:ヘキサン)で精製し、2−(2−メチルベンゾ[b]チエ−3−イル)−3−ブロモベンゾ[b]チオフェン(X)を得た。収量は0.934g(収率73%)であった。
この化合物(X)の構造に関する分析データは以下の通りである。
融点122-123℃。1H
NMR(200MHz);δ2.53(s,3H)、7.29-7.58(m,4H)、7.78-7.92(m,4H)。Ms(EI)m/z358(M+)。元素分析(C17H11BrS2として)計算値:C 56.83、H 3.09%。実測値:C 56.62、H 3.13%。
100ml3つ口フラスコに、2−(2−メチルベンゾ[b]チエ−3−イル)−3−ブロモベンゾ[b]チオフェン(X)(0.934g、2.60mmol)、THF20mlを加え、−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウムヘキサン溶液(1.70ml、2.73mmol)を−78℃に保ちながらゆっくり滴下した。滴下終了5分後、−78℃でオクタフルオロシクロペンテン0.295mlを加え、30分攪拌後自然昇温した。チオ硫酸ナトリウムナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィー(関東化学:シリカゲル60、展開溶媒:ヘキサン)で精製した後、ゲル濾過クロマトグラフィー(日本分析工業)で精製を行った。収量は0.430g(収率35%)であった。
この化合物(A)の構造に関する分析データは以下の通りである。
融点84-85℃。1H
NMR(200MHz)δ2.43(s,3H)、7.62-7.66(m,2H)、7.99-8.03(m,1H)、8.64-8.67(m,1H)。Ms(EI)m/z472(M+)。元素分析(C22H11F7S2として)計算値:C 55.93、H 2.35%。実測値:C 55.97、H 2.41%。
100ml3つ口フラスコに、化合物(A)(0.401g、0.849mmol)、ジエチルエーテル25mlを加え、−70℃に冷却した後、メチルリチウムジエチルエーテル溶液(0.43ml、0.934mmol)を滴下し加えた。室温に昇温後、4時間攪拌した。チオ硫酸ナトリウムナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、シリカゲルのTLC(1.05715 Merck、展開溶媒:ヘキサン)で精製した。収量は0.224g(収率56%)であった。
この化合物(B)の分析データは以下の通りである。
融点121-122℃。1H
NMR(200MHz)δ1.64(s,1.5H)、1.89(s,1.5H)、2.47(s,1.5H)、2.69(s,1.5H)、7.23-7.35(m,3H)、7.43-7.47(m,3H)、7.75-7.79(m,1H)、7.93-7.96(m,1H)。Ms(EI)m/z468(M+)。元素分析(C23H14F6S2として)計算値:C 59.04、H 3.05%。実測値:C 58.97、H 3.01%。
100ml3つ口フラスコに、化合物(A)(0.455g、0.963mmol)、テトラヒドロフラン20mlを加え、室温にて、ナトリウムメトキシド(0.057g、1.1mmol)を滴下し、4時間室温にて攪拌した。チオ硫酸ナトリウムナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、シリカゲルのTLC(1.05715 Merck、展開溶媒:ヘキサン)で精製した。収量は0.201g(収率43%)であった。
この化合物(C)の分析データは以下の通りである。
融点127-128℃。1H NMR(200MHz)δ2.43(s,3H)、3.64(s,3H)、7.24-7.35(m,3H)、7.43-7.47(m,3H)、7.75-7.79(m,1H)、7.93-7.96(m,1H)。Ms(EI)m/z484(M+)。元素分析(C23H14F6OS2として)計算値:C 57.03、H 2.92%。実測値:C 57.02、H 2.91%。
(i) 2−(3−メチルベンゾ[b]チエ−2−イル)ベンゾ[b]チオフェン〔以下、化合物(XI)と称する〕
化合物(XI)は、化合物(IX)の合成で用いた2−メチル−3−ヨードベンゾ[b]チオフェンの代わりに、3−メチル−2−ヨードベンゾ[b]チオフェンを用い、化合物(IX)と同様の方法により合成した。
この化合物(XI)の分析データは以下の通りである。
1H
NMR(200MHz)δ2.45(s,3H)、7.32-7.43(m,4H)、7.45(s,1H)、7.73-7.92(m,4H)。Ms(EI)m/z280(M+)。
化合物(XII)は、化合物(X)の合成と同様な方法により、化合物(IX)の代わりに化合物(XI)を用いて合成した。
この化合物(XII)の分析データは以下の通りである。
1H
NMR(200MHz)δ2.53(s,3H)、7.25-7.58(m,4H)、7.74-7.94(m,4H)。Ms(EI)m/z358(M+)。
100 ml3つ口フラスコに、2−(3−メチルベンゾ[b]チエ−2−イル)−3−ブロモベンゾ[b]チオフェン(XII)(1.08g、3.01mmol)、THF20mlを加え、−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウムヘキサン溶液(2.07ml、3.32mmol)を−78℃に保ちながらゆっくり滴下した。滴下終了5分後、−78℃でオクタフルオロシクロペンテン(0.434ml、3.32ml)を加え、30分攪拌後自然昇温した。チオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィー(関東化学:シリカゲル60、展開溶媒:ヘキサン)で精製した。粗収量は0.206gであった。このようにして得られた中間体を用いて次の反応を行った。
100ml3つ口フラスコに、原料0.206g、ジエチルエーテル25mlを加え、−70℃に冷却した後、メチルリチウムジエチルエーテル溶液(0.24ml、0.52mmol)を滴下し加えた。室温に昇温後、4時間攪拌した。チオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、シリカゲルのTLC(1.05715 Merck、展開溶媒:ヘキサン)で精製した。収量は0.028g(収率2%)であった。
この化合物(D)の分析データは以下の通りである。融点mp.127-128℃。1H NMR(200MHz)δ2.43(s,3H)、3.64(s,3H)、7.24-7.35(m,3H)、7.43-7.47(m,3H)、7.75-7.79(m,1H)、7.93-7.96(m,1H)。Ms(EI)m/z468(M+)。
(i) 2−(2,4,5−トリメチルチエ−3−イル)ベンゾ[b]チオフェン〔以下、化合物(XIII)〕と称する〕
化合物(XIII)は、化合物(IX)の合成で用いた2−メチル−3−ヨードベンゾ[b]チオフェンの代わりに、2,4,5−トリメチル−3−ヨードチオフェンを用いて(IX)と同様の合成法に従い合成した。
この化合物(XIII)の分析データは以下の通りである。
1H
NMR(200MHz)δ2.05(s,3H)、2.38(s,3H)、2.43(s,3H)、7.32-7.43(m,3H)、7.77-7.92(m,2H)。Ms(EI)m/z258(M+)。
化合物(XIV)は、化合物(X)と同様の合成法により、化合物(IX)の代わりに化合物(XIII)を用いて合成した。
この化合物(XIV)の分析データは以下の通りである。
1H
NMR(200MHz)δ1.95(s,3H)、2.27(s,3H)、2.35(s,3H)、7.35-7.52(m,2H)、7.76-7.87(m,2H)。Ms(EI)m/z336(M+)。
100ml3つ口フラスコに、2−(2、4,5−トリメチルチエ−3−イル)−3−ブロモベンゾ[b]チオフェン(XIV)(0.587g、1.74mmol)、THF20mlを加え、−78℃に冷却した後、n−ブチルリチウムヘキサン溶液(1.19ml、1.91mmol)を−78℃に保ちながらゆっくり滴下した。滴下終了5分後、−78℃でオクタフルオロシクロペンテン(0.253ml、1.91mmol)を加え、30分攪拌後自然昇温した。チオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、カラムクロマトグラフィー(関東化学:シリカゲル60、展開溶媒:ヘキサン)で精製した。粗収量は0.226gであった。このようにして得られた中間体を用いて次の反応を行った。
100 ml3つ口フラスコに、原料0.226g、ジエチルエーテル25mlを加え、−70℃に冷却した後、メチルリチウムジエチルエーテル溶液(0.502ml、0.60mmol)を滴下し加えた。室温に昇温後、4時間攪拌した。チオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、ジエチルエーテルを用いて生成物を抽出し、ジエチルエーテル相を無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥した。溶媒を留去し、シリカゲルのTLC(1.05715 Merck、展開溶媒:ヘキサン)で精製した。収量は0.018gであった。
この化合物(E)の分析データは以下の通りである。1H NMR(200MHz)δ1.88(s,3H)、2.18(s,3H)、2.24(s,3H)、7.38-7.98(m,4H)。Ms(EI)m/z446(M+)。
実施例1の化合物(C)、またはその閉環体(C)’から単結晶を作製し、X線結晶構造解析を試みた。図2にORTEP図を示す。各楕円球は、炭素、または、フッ素、またはイオウ原子が50%の確率で見出される座標を表わしている。また、小さな球は水素原子をあらわしている。
実施例1の化合物(A)〜(E)は、ヘキサン溶液中で光照射(313nm)することにより吸収スペクトルが変化する。開環体(A)〜(E)は全て、ヘキサン中では無色である。また、閉環体(A)’〜(E)’は、全てヘキサン中で赤色である。
代表例として、(C)の開環体、閉環体の吸収スペクトル変化を図3に示す。鮮やかな赤色を呈することは、吸収スペクトル上500nm付近に1つの鋭い吸収帯を有することから明らかである。このサンプルに313nmの光を3分間照射すると、閉環体が59%の割合で着色した異性体が生成する。また、480nm以上の光を3分間照射すると無色体へと変化する。
化合物(A)のヘキサン中での分光学的データは以下の通りである。開環体の吸収極大波長300nm(ε:1.04x104)、258nm(ε:1.55x104)。313nm光照射時の閉環体への変換率:74%。
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