JP4901718B2 - 反応性メソゲン電荷輸送化合物 - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも2つのチオフェン基を含み、電荷輸送特性を有する新規な反応性メソゲン化合物に関する。本発明は、さらに半導体または電荷輸送材料としての、例えば、液晶ディスプレイ、光学フィルム、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイおよびRFIDタグなどの集積回路部品用の有機電界効果トランジスタ(FETまたはOFET)などの光学、電気光学もしくは電子デバイスにおける、フラットパネルディスプレイでのエレクトロルミネッセントデバイスにおける、ならびに光電池およびセンサーデバイスにおけるそれらの使用に関する。本発明は、さらに反応性メソゲン電荷輸送化合物を含む、電界効果トランジスタ、発光体デバイスまたはIDタグに関する。
有機材料は、近年、有機ベースの薄膜トランジスタおよび有機電界効果トランジスタにおけるアクティブレイヤーとして、将来性を発揮する(H. E. Katz, Z. Bao and S. L. Gilat, Acc. Chem. Res., 2001, 34, 5, 359参照)。そのようなデバイスは、スマートカード、セキュリティタグおよびフラットパネルディスプレイにおけるスイッチング素子において潜在的な用途を有する。有機材料は、迅速、かつ大規模な組立工程を可能とするように、溶液から積層することができる場合、それらのシリコン類似体に比べて十分な経済的優位性を有するものと推測される。
デバイスの性能は、半導体材料の電荷キャリア移動度および電流オン/オフ比に主として基づくので、理想的な半導体は、高い電荷キャリア移動度と組み合わせて、オフ状態で低い伝導度を有するべきである(>1×10−3cm−1−1)。加えて、酸化がデバイスの性能の低下を導くため、半導体材料が酸化に対し比較的安定、即ち、高いイオン化ポテンシャルを有することが重要である。
OFET用の効果的なp型半導体であると示された既知の化合物は、ペンタセンである(S. F. Nelson, Y. Y. Lin, D. J. Gundlach and T. N. Jackson, Appl., Phys. Lett., 1998, 72, 1854参照)。真空蒸着により薄膜に積層する場合、10より大きい非常に高い電流オン/オフ比で、1cm−1−1を超えるキャリア移動度を有することが示された。しかしながら、真空蒸着は、広範囲の膜の組立には適しない、高価な加工技術である。
規則正しいポリ(3−ヘキシルチオフェン)は、1×10−5cm−1−1と4.5×10−2cm−1−1との間の電荷キャリア移動度であると報告されているが、むしろ10から10の間の低い電流オン/オフ比であった(Z. Bao et al., Appl. Pys. Lett., 1997, 78, 2184参照)。一般にポリ(3−アルキルチオフェン)は、改善された溶解性を示し、広範囲の膜の組立のために溶液処理することができる。しかし、ポリ(3−アルキルチオフェン)は、比較的低いイオン化ポテンシャルを有し、空気中でドーピングを受けやすい(H. Sirringhaus et al., Adv. Solid State Phys., 1999, 39, 101参照)。
本発明の目的は、合成するのが容易で、高いキャリア移動度および良好な加工処理性を有する半導体または電荷輸送材料としての使用のための、新規な有機材料を提供することにあった。該材料は、半導体デバイスにおいて薄膜および広範囲膜の形成を容易に加工できる。他の目的は、専門家に利用可能な半導体材料プールを広げることである。本発明の他の目的は、以下の明細書の記載から当業者には直ちに明確である。
上記目的は、本発明の反応性メソゲン化合物の提供により達成されうることが見いだされた。これらは、2または3以上のチオフェン環、および任意に該チオフェン環と互いに共役系を形成する1または2以上のフェニレン環を含む中央メソゲンコアからなり、該メソゲンコアは、任意にスペーサー基を介して1または2以上の反応性基に結合する。該化合物は、液晶相を誘発もしくは強化し、またはそれら自体が液晶である。それらは中間相に配向し得、重合性基は、in situでの重合または架橋により高い秩序度のポリマーフィルムを形成し、したがって、高い安定性および高いキャリア移動度を有する改善された半導体材料が得られる。
本発明のさらなる側面は、液晶ポリマー、特に本発明の反応性メソゲン化合物から得ることができ、その後さらに、例えば半導体デバイスでの使用のための薄膜として溶液から加工処理される、液晶側鎖ポリマーに関する。
半導体用途の反応性メソゲン化合物は、WO 03/006468 A2、EP 1 275 650 A2、EP 1 275 652 A2、EP 1 279 690 A1、EP 1 279 691 A1、EP 1 279 689 A2、EP 1 284 258 A2、EP 1 318 185 A1、EP 1 300 430 A1、EP 1 357 163 A1、EP 1 398 336 A1およびI. McClloch et al., J. Mater. Chem. 2003, Vol. 13, p. 2436-2444に記載されている。しかし、本発明の化合物は、いまだ開示されていない。
用語の定義
「液晶もしくはメソゲン材料」または「液晶もしくはメソゲン化合物」という用語は、1または2以上の棒(rod)状、板(board)状またはディスク状のメソゲン基、即ち液晶相挙動を誘発する能力を有する基を含む材料または化合物を意味する。棒状または板状基を含む液晶化合物はまた、「カラミティック」液晶として当業者に知られている。ディスク状基を有する液晶化合物は、「ディスコティック」液晶として当業者に知られている。メソゲン基を含む化合物または材料は、それら自体が液晶相を示す必要はない。それらは、他の化合物との混合物の場合でのみ、またはメソゲン化合物もしくは材料、またはそれらの混合物を重合するとき液晶相挙動を示すこともまた可能である。
「反応性基」または「反応性化合物」という用語は、重合反応、例えば、不飽和官能基からのラジカルもしくはイオン性重合、重付加もしくは重縮合などの反応に参加することができる化合物もしくは基、ならびに、例えば縮合もしくは付加反応により、重合類似反応で反応性ポリマー骨格に接合することができる反応性化合物もしくは反応性基を意味する。
「膜」という用語は、自立の、即ち、いくぶん明白な機械安定性および柔軟性を示す独立の膜、ならびに支持基板上のまたは2つの基板の間の被覆または層を含む。
本発明は、式I
P−Sp−X−A−(Z−A−R I
で表される化合物であって、
式中、
Pは重合可能であるかまたは反応性基であり、
Spはスペーサー基または単結合であり、
Xは結合基または単結合であり、
およびAは、相互に独立して1,4−フェニレンまたはチオフェン−2,5−ジイルであって、すべてが1または2以上の基Rで任意に置換されていてもよく、
は、Rの意味の1つを有し、
は、相互に独立して、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−CO−NR−、−NR−CO−、−O−CO−NR−、−NR−CO−O−、−NR−CO−NR−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CHCH−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR−、−CY=CY−、−C≡C−、−CH=CH−COO、−OCO−CH−CH=CH−または単結合であり、
または1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、

およびYは、相互に独立してH、F、ClまたはCNであり、
Rは、H、ハロゲン、CN、NO、NCS、SF、Sn(R’)、SiR’R’’R’’’、1〜30個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環状アルキルであり、無置換、またはF、Cl、Br、IもしくはCNにより単−もしくは多置換されており、これらの基中の1または2個以上の隣接しないCH基は、任意にそれぞれ相互に独立して、Oおよび/またはS原子が相互に直接的に連結しないものとして、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR’R’’−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−CO−NR−、−NR−CO−、−O−CO−NR−、−NR−CO−O−、−NR−CO−NR−、−S−CO−、−CO−S−、−CY=CY−、または−C≡C−により置き換えられ、芳香族またはヘテロ芳香族基、あるいはP−Sp−Xを意味し、R’、R’’およびR’’’は、相互に独立して1〜12個の炭素原子を有するアルキルであり、
mは1、2、3、4または5であり、
ただし、
a)少なくとも2個のAおよびAは、任意に置換されたチオフェン−2,5−ジイルを意味し、
b)AおよびAは、
Figure 0004901718
式中、
は、Rまたは−C≡C−Rであり、基Rは相互に独立して上記で与えられたRの意味の1つを有し、
で表されるものとは異なり、
c)A−(Z−A−が
Figure 0004901718
であり、
RがP−Sp−Xである化合物が除外される、
前記化合物に関する。
本発明は、半導体または電荷輸送材料としての、特に、光学、電気光学または電子デバイスにおける、例えば、フラットパネルディスプレイ用途における薄膜トランジスタまたはRFIDタグとして、電界効果トランジスタにおいて集積回路部品としての、またはエレクトロルミネッセントディスプレイもしくはフラットパネルディスプレイのバックライトなどの有機発光ダイオード用(OLED)の半導体部品において、光電池もしくはセンサーデバイスのための、または液晶ディスプレイの光調整部品、光学フィルムまたは他の光学もしくは電子光学デバイスとしての、式Iで表される化合物の使用に関する。
本発明はまた、電界効果トランジスタ、例えば1または2種以上の本発明の化合物を含む集積回路部品、フラットパネルディスプレイ用途での薄膜トランジスタ、またはRFIDタグに関する。
本発明はまた、半導体部品、例えば1または2種以上の本発明の化合物を含むエレクトロルミネッセントディスプレイまたはフラットパネルディスプレイのバックライトなどのOLED用途、光電池またはセンサーデバイスに関する。
発明の詳細な説明
本発明の反応性メソゲン化合物は、従来の材料に対しいくつかの利点を提供する。
− メソゲンコアがより溶解しやすくなるように、置換鎖および他の基を付加し、これにより、真空蒸着よりむしろスピンコーティングまたは溶液被膜技術により適し、例えばトランジスタなどの電子デバイスで使用する薄膜の製造に適する。
− それらがメソゲンまたは液晶となり得るため、特に中間相で巨視的に秩序のある配向に配列するとき、特に高い電荷キャリア移動度を導くより高い秩序度を示す。
− それらの巨視的な中間相特性が、in situでの重合により凍結されうる。
− 半導体材料の特性とメソゲン材料のものを組み合わせて、硬く平坦な結合コアと柔軟な鎖を有し、溶解性を上昇させ、融点が低下する新規な材料を得るが、これは中間相に配列したとき、高い電荷キャリア移動度を示す。
本発明の反応性メソゲン化合物は、それらが高いキャリア移動度を有するので、電荷輸送半導体として有益である。特に、メソゲンコアへの側鎖基の導入は、それらの溶解性およびそれによる溶液加工処理性を向上する。本発明の化合物において、メソゲンコアは1または2以上のチオフェン基を含む。それらは非常に秩序のある中間相形態で処理することができ、容易に慣用の技術で好ましい方向に配列しうるので、それらは半導体または電荷輸送化材料として有益である。スメクティックおよびネマティック中間相の秩序化の両方は、隣接分子間のホッピング機構を通じて起こる分子内電荷輸送を最大化する、分子pi−電子システム(molecular pi-electron systems)の最密充填を許容する。この秩序化され、配向した微構造は、メソゲンの重合により永遠に「凍結化」され、長距離秩序または「モノドメイン」を有する構造もまた創造しうる。
重合が膜の機械特性もまた向上する間、モノドメインの形成はまた、粒界で電荷トラップ部位を除去することにより、電荷輸送を最大化する。さらにメソゲンの架橋により、デバイス組立ての間、その後の処理に使用される溶媒に影響されないというさらなる利点を有する非常に安定な構造が得られ、これにより溶液技術によるデバイスの次層の積層に用いられる溶媒の広い範囲の選択が可能となる。加えて、該架橋はさらに膜を緻密化し、より小さい分子間距離および改善した電荷輸送を導くことが、しばしば観察される。
液晶相挙動を誘発または強化するために、本発明の化合物と従来既知の他のメソゲンもしくは液晶モノマー、または本発明の他の反応性化合物を重合することもまた可能である。
したがって、本発明の他の側面は、1または2以上の本発明の反応性メソゲン化合物を含み、任意に1または2以上の、任意にメソゲンまたは液晶でもある他の反応性化合物を含む、反応性液晶混合物に関する。
特に好ましいのは、本発明の反応性メソゲン化合物、または1または2以上の本発明の反応性メソゲン化合物を含む混合物であり、液晶相、特にネマティックおよび/またはスメクティック液晶相を示すものである。
本発明の他の側面は、その液晶相で巨視的に秩序のある配向に配列し、配向状態で固定するために重合または架橋される、上述の反応性液晶混合物から得られる電荷輸送特性を有する異方性ポリマー膜に関する。
本発明の他の側面は、重合または重合類似反応により上述の反応性液晶材料から得られる液晶側鎖ポリマー(SCLCP)に関する。特に好ましいのは、1または2以上の反応性メソゲン化合物または上記に記載のものを含む混合物から得られるSCLCPである。
本発明の他の側面は、1または2以上のさらなるメソゲンまたは非メソゲンコモノマーと、上記の1または2以上の反応性メソゲン化合物または混合物から、重合または重合類似反応により得られるSCLCPに関する。
半導体成分がペンダント基として位置し、脂肪族スペーサー基により柔軟な骨格から分離される側鎖液晶ポリマーまたはコポリマー(SCLCP)は、非常に秩序のある薄板状形態を得る可能性を提示する。該構造は、非常に密接な(典型的に<4Å)pi−piスタッキングが生じうる、最密共役芳香族メソゲンからなる。該スタッキングは、より容易に生じる分子内電荷輸送を許容し、高い電荷キャリア移動度を導く。SCLCPは、加工前に容易に合成され、その後例えば有機溶媒中で溶液から処理されうるので、特定の用途に有利である。SCLCPが溶液中で用いられる場合、それらが適当な表面に被膜されおよびそれらの中間相温度で自然に配向することができ、広い範囲で、非常に秩序のあるドメインが得られる。
本発明はまた、本発明の反応性メソゲン化合物、またはそれらから得られた液晶混合物もしくはポリマーの、例えば液晶ディスプレイの部品の、2つの異なる状態の間で電界により切り替え可能な液晶ディスプレイの光調節部品、特に光学リタデーションもしくは補償膜、配向層もしくは偏向子、または他の光学もしくは電子光学デバイスでの使用に関する。
本発明はまた、液晶ディスプレイ、液晶ディスプレイ部品、特に本発明の反応性メソゲン化合物、またはそれらから得られる液晶混合物もしくは重合膜を含む光学リタデーションもしくは補償膜、配向層もしくは偏向子、または他の光学もしくは電子光学デバイスに関する。
非常に好ましいのは、式Iの化合物であり、式中
・ 2、3、4、5または6個のAおよびAが、チオフェン−2,5−ジイルである、
・ 2、3または4個のAおよびAが、チオフェン−2,5−ジイルであり、2個のAおよびAが1,4−フェニレンである、
・ 少なくとも1つの、好ましくは2または3以上のAおよびAが1,4−フェニレンである、
・ AおよびAのすべてがチオフェン−2,5−ジイルである、
・ AおよびAが未置換チオフェンまたはフェニレン基である、
・ RまたはRは、H、F、Clまたは1〜20個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環状アルキルであり、これらは無置換、またはF、Cl、Br、IもしくはCNにより単−もしくは多置換されており、これらの基中の1または2個以上の隣接しないCH基は、任意にそれぞれ相互に独立して、Oおよび/またはS原子が相互に直接的に連結しないものとして、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR00−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CY=CY−、または−C≡C−により置き換えられ、または芳香族もしくはヘテロ芳香族基であり、YおよびYは相互に独立してH、F、ClまたはCNであり、
・ RまたはRは、任意に一フッ化、多フッ化もしくはパーフルオロ化される1〜15個の炭素原子を有するアルキルまたはアルコキシであり、
・ RはP−Sp−であり、
・ Xは、−O−、−O−CH−、−CH−O−または単結合であり、
・ すべての基Z、A、A、および任意にXが共役系を形成し、
・ Zが単結合または−CY=CY−または−C≡C−などの共役結合であり、
・ Zは−CF=CF−とは異なり、
・ 1または2以上、好ましくはすべてのZが単結合であり、
・ AおよびAのすべてがチオフェンであり、Zが単結合である場合、mが1、2、4または5であり、
・ mが2、3、4または5であり、
・ mが3または4である。
好ましいAおよびAは、
Figure 0004901718
式中、
は、1〜20個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環状アルキルであり、これは無置換、またはF、Cl、Br、IもしくはCNにより単置換もしくは多置換されており、これらの基中の1または2個以上の隣接しないCH基は、それぞれの場合、任意にそれぞれ相互に独立して、Oおよび/またはS原子が相互に直接的に連結しないものとして、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR00−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、または−C≡C−により置き換えられ、または任意に置換されたアリールもしくはヘテロアリールであり、
は、H、FまたはRであり、
は、1〜20個の炭素原子を有する直鎖、分枝状または環状アルキルであり、これらの1または2以上、しかしすべてではないH原子が、任意にF、Cl、Br、IもしくはCNにより置換されており、これらの基中の1または2個以上の隣接しないCH基は、それぞれの場合、任意にそれぞれ相互に独立して、Oおよび/またはS原子が相互に直接的に連結しないものとして、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiR00−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、または−C≡C−により置き換えられ、または任意に置換されたアリールもしくはヘテロアリールであり、
およびR00は、式Iで定義されたものである、
と異なる。
本発明の好ましい態様は、−A−(Z−A−が式II1
−Phe−(Z−Thi)m1−Z−Phe− II1
式中、
m1は2、3または4であり、基Zは相互に独立して上記で定義されるZの意味の1つを有し、Thiはチオフェン−2,5−ジイル基であり、Pheは1,4−フェニレン基であって、これらの基が上記で定義される1又は2個以上のRで任意に置換されている、
で表されるものから選択される化合物に関する。
本発明の他の好ましい態様は、−A−(Z−A−が式II2
−Thi−(Z−Thi)− II2
式中、
mは1、2、4または5であり、ZおよびThiは式II1で定義のとおりである、
で表されるものから選択される化合物に関する。
さらに好ましい基−A−(Z−A−は下記式およびそれらの鏡像から選択される。
Figure 0004901718
Figure 0004901718
式中、
Z、ThiおよびPheは上記で与えられた意味を有する、
で表されるものから選択される。
式II1〜II27の殊に好ましいZは、単結合である。
特に好ましいのは、下記式
Figure 0004901718
Figure 0004901718
式中、
およびPは、式Iで定義される基Pと同一または異なり、
SpおよびSpは、式Iで定義される基Spと同一または異なり、
およびXは、請求項1で定義される基Xと同一または異なり、
Rは式Iで定義されるものであり、
〜R12は、相互に独立して式IのRの意味の1つを有し、および好ましくは、H、ハロゲンまたは任意に一フッ素化、多フッ素化もしくはパーフルオロ化される、1〜8個の炭素原子を有する直鎖アルキルであり、
rは0、1、2、3または4である、
で表される化合物である。
非常に好ましいのは、下記式
Figure 0004901718
式中、
「alkyl」は1〜12個の炭素原子を有するアルキレン基であり、好ましくは2〜8個の炭素原子を有するものであり、tは0または1であり、uは0または1であり、R’はHまたは任意にフッ素化されたC1〜8アルキルであり、PはCH=CW−COO−、
Figure 0004901718
、(CH=CH)CH−OCO−または(CH=CH−CHN−CO−、であり、WはH、CH、ClまたはCNであり、k1は0または1である、
で表される化合物である。
−CY=CY−は好ましくは、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CH−、−CF=CF−、−CH=C(CN)−またはーC(CN)=CH−である。
〜R12のうちの1つが、アルキルまたは末端CH基が−O−で置き換えられる、即ちアルコシキ基である場合、直鎖状または分枝状であり得る。好ましくは炭素原子を2、3、4、5、6、7または8個有する直鎖状であり、したがって好ましくは、例えばエチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ヘプトキシまたはオクトキシであり、さらにまたメチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシまたはテトラデコキシである。
1つのCH基が−O−で置き換えられる、即ちオキサアルキルは、好ましくは、例えば直鎖状2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−(=エトキシメチル)または3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−または4−オキサペンチル、2−、3−、4−または5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−または6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−または7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−または8−オキサノニル、または2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−または9−オキサデシルである。
重合可能な基または反応性基P、PおよびPが、好ましくはCH=CW−COO−、
Figure 0004901718
CH=CW−(O)k1−、CH−CH=CH−O−、(CH=CH)CH−OCO−、(CH=CH−CHCH−OCO−、(CH=CH)CH−O−、(CH=CH−CHN−、(CH=CH−CHN−CO−、HO−CW−、HS−CW−、HWN−、HO−CW−NH−、CH=CW−CO−NH−、CH=CH−(COO)k1−Phe−(O)k2−、Phe−CH=CH−、HOOC−、OCN−およびWSi−であって、ここでWはH、Cl、CN、フェニルまたは1〜5個の炭素原子を有するアルキルであり、特にH、ClまたはCHであり、WおよびWは相互に独立してHまたは炭素原子を1〜5個有するアルキルであり、特にメチル、エチルまたはn−プロピルであり、W、WおよびWは相互に独立してCl、または炭素原子を1〜5個有するオキサアルキルもしくはオキサカルボニルアルキルであり、Pheは上記で定義される1または2個以上のRで任意に置換される1,4−フェニレンであり、ならびにk1およびk2は相互に独立して0または1である、
から選択される。
殊に好ましい基P、PおよびPは、CH=CH−COO−、CH=C(CH)−COO−、CH=CH−、CH=CH−O−、(CH=CH)CH−OCO−、(CH=CH)CH−O−、(CH=CH−CHN−、(CH=CH−CHN−CO−および
Figure 0004901718
である。
非常に好ましいのは、アクリレート、メタクリレート、ジエン、(CH=CH)CH−OCO−およびオキセタン基である。オキセタンは膜内のより少ないストレス進行をもたらす、重合(架橋)の少ない収縮を実現し、秩序化のより高い保持とより少ない欠陥を導く。
スペーサー基Sp、SpおよびSpとしては、本目的のために当業者に既知の全ての基を使用することができる。スペーサー基Sp、SpまたはSpは、好ましくは炭素原子を1〜20個有する直鎖または分枝状アルキレン基であり、特に炭素原子1〜12個であり、これは、加えて、1または2以上の隣接しないCH基は、−O−、−S−、−N(CH)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−CO−O−、−NR−CO−NR−、−NR−CO−O−、−O−CO−NR−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−C(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−または−C≡C−により置き換えられられることもまた可能であり、あるいはシロキサン基である。
典型的なスペーサー基は、例えば−(CH−、−(CHCHO)−CHCH−、CHCH−S−CHCH−または−CHCH−NH−CHCH−あるいは−(SiR00−O)−であり、pは2〜12の整数であり、qは1〜3の整数であり、ならびにRおよびR00は式Iで与えられた意味を有する。
好ましいスペーサー基は、例えばエチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エチレンオキシエチレン、メチレンオキシブチレン、エチレン−チオエチレン、エチレン−N−メチルイミノエチレン、1−メチルアルキレン、エテニレン、プロペニレンおよびブテニレンである。
結合基X、XおよびXは、好ましくは−O−、−S−、−OCH−、−CHO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−CO−NR−、−NR−CO−、−O−CO−NR−、−NR−CO−O−、−NR−CO−NR−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CH=CH−COO−、−OOC−CH=CH−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CHCH−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR−、−CY=CY−、−C≡C−、または単結合であり、R、YおよびYは上記で与えられた意味を有する。
好ましい態様において、結合基X、XおよびXは、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR−、−CY=CY−、−C≡C−などの共役系を形成する事が可能な不飽和基、または単結合である。
更に好ましいのは、Spおよび/またはXが単結合である、基P−Sp−Xを1または2個有する化合物である。
基P−Sp−Xを2または3以上有する化合物の場合、基P、基Spおよび基Xのそれぞれは、同一でも異なっていてもよい。
本発明の化合物または混合物から重合または共重合により得られたSCLCPは、式Iの重合可能な基Pにより形成される骨格を有する。
式Iの化合物は、当業者に既知であり、文献で報告されている方法または類似する方法で合成されうる。さらに、それらは以下の反応式または類似の方法で製造されうる。
式1:
Figure 0004901718
式2:
Figure 0004901718
式3:
Figure 0004901718
式1〜3のアウトラインでは、式Iの化合物は、遷移金属触媒によるクロスカップリング方法により合成されうる。便利な方法は、アリールボロン酸を含むSuzuki反応であるが、本発明の化合物はまた、有機錫(Stille反応)、有機亜鉛(Negishiカップリング)、有機マグネシウム(Kumadaカップリング)、有機ケイ素またはアリールリチウムの遷移金属触媒カップリングにより製造されうる。重合可能な末端基は、クロスカップリングステップの前(式1)または後(式2または3)で組み込まれる。
式Iの反応性メソゲン化合物は、それらの液晶層で、既知の技術により均一な非常に秩序のある配向に配列することができ、特に高い電荷キャリア移動度へと導くより高い秩序を示すので、半導体または電荷輸送材料として特に有効である。非常に秩序のある液晶状態は、基Pを介してin situで重合または架橋することにより固定化され、高い電荷キャリア移動度および高い温度、機械および化学的安定性を有するポリマー膜を得ることができる。
本発明の化合物を、液晶相挙動を誘発または強調するために、従来から既知の、他の重合可能なメソゲンまたは液晶モノマーと共重合することもまた可能である。
したがって、本発明の他の側面は、少なくとも1つの重合可能な基を含む本明細書に記載の本発明の反応性メソゲン化合物を1または2以上含み、および任意にさらなる重合可能な化合物を1または2以上含み、少なくとも1つの本発明の反応性メソゲン化合物および/またはさらなる重合可能な化合物がメソゲンまたは液晶である、重合可能な液晶材料に関する。
特に好ましいのは、ネマティックおよび/またはスメクティック相を有する液晶材料である。FET用途では、スメクティック材料が殊に好ましい。OLED用途では、ネマティックまたはスメクティク材料が殊に好ましい。殊に好ましいのは、スメクティックA(S)相であり、さらにS、S、SおよびS相などの非常に秩序のあるスメクティック相である。
本発明の他の側面は、電荷輸送特性を有する異方性ポリマー膜に関し、これは、上記で説明するように、その液晶相で巨視的に均一配向に配列し、配向状態を固定するために、重合または架橋する、重合可能な液晶材料から得ることができる。
重合は、好ましくは材料の被覆層で、in situで重合されることが好ましく、本発明の半導体材料を含む電子または光学デバイスの組立中に、重合されるのが好ましい。液晶材料の場合、重合前に、共役pi電子システムが電荷輸送の方向と直交する、ホメオトロピック配向にその液晶状態を配列させるのが好ましい。分子間距離を最小化すると、それゆえに分子間の電荷輸送に要求されるエネルギーも最小化されることは確定的である。分子を、その後液晶状態の均一配向を固定するために重合または架橋する。配向および硬化を、液晶相または材料の中間相で行う。当該技術は、当業者に既知であり、D. J. Broer, et al., Angew. Makromol. Chem. 183, (1990), 45-66に一般的に記載される。
液晶材料の配向は、液晶が被覆される基板への処理、例えば被覆中または被覆後の材料の剪断、被覆材料への磁界または電界の適用、あるいは液晶材料への表面活性化合物の添加といった処理により達成することができる。配向技術の論評は、例えば、G. W. Gray, John Wiley & Sons編、I. Sage著「サーモトロピック液晶」, 1987, 75-77頁およびB. Bahadur編、T. UchidaおよびH. Seki著「液晶−用途および使用 Vol. 3」, World Scientific Publishing, Singapore 1992, 1-63頁で与えられる。配向材料および技術の論評は、J. Cognard, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 78, Supplement 1 (1981), 1-77頁で与えられる。
重合は、加熱または化学線の照射により生じる。化学線は、UV光、IR光もしくは可視光などの光の照射、X線またはガンマ線などの放射、またはイオンもしくは電子などの高エネルギー粒子の放射を意味する。好ましくは重合は、非吸収波長のUV照射によって行われる。化学線の線源としては、例えば単一UVランプ、またはUVランプセットなどを用いることができる。高ランプ力を使用すると、硬化時間を減少することができる。光照射のための他の可能な線源は、例えばUVレーザー、IRレーザーまたは可視レーザーなどのレーザーがある。
重合は、好ましくは化学線の波長で吸収のある開始剤の存在下で行う。例えば、UV光の手法により重合を行うとき、光開始剤は、UV照射により分解して重合反応を開始させるフリーラジカルまたはイオンを生ずるものを使用しうる。アクリレートまたはメタクリレート基を有する重合材料を硬化するとき、好ましくはラジカル光開始剤を使用し、ビニル、エポキシドおよびオキセタン基を有する重合可能な材料を硬化するときは、好ましくはカチオン性光開始剤を使用する。加熱したとき、分解して、重合を開始するフリーラジカルまたはイオンを生成する、重合開始剤を使用することもまた可能である。ラジカル重合用の光開始剤として、例えば商業的に入手可能であるイルガキュア651、イルガキュア184、ダロキュア1173またはダロキュア4205(すべてチバガイギーAG)を使用でき、カチオン性重合の場合は商業的に入手可能なUVI6974(ユニオンカーバイド)を使用できる。
重合可能な材料は、加えて1または2以上の他の適当な成分、例えば触媒、感光剤、安定剤、抑制剤、連鎖移動剤、共反応(co-reacting)モノマー、表面活性化合物、潤滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水剤、接着剤、流動性向上剤(flow improvers)、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、助剤、着色剤、染色剤または顔料などを含むことができる。
1または2以上の基P−Sp−Xを含む重合可能なベンゾジチオフェンは、液晶相挙動を誘発、または式Iで表されるメソゲン材料の場合は強化するために、重合可能なメソゲン化合物と共重合することもできる。コモノマーとして適当な重合可能なメソゲン化合物は、当業者に既知であり、例えばWO93/22397、EP 0 261 712、DE 195 04 224、WO95/22586およびWO97/00600で開示される。
SCLCPは、本発明の重合可能な化合物または混合物から、上記に記載の方法により、または当業者に既知の、例えば、不飽和官能性ラジカル重付加または重縮合からのラジカル、カチオンまたはアニオン重合を含む、慣用の重合技術により製造することができる。重合は、例えば、被覆の必要なしに配向に先立って、溶液中で行う重合、またはin situで行う重合として行われる。
重合類似反応であらかじめ合成した等方性または異方性ポリマー骨格に、適当な反応性基を有する本発明の化合物またはその混合物をグラフトすることによりSCLCPを形成することもまた可能である。例えば、末端水酸基を有する化合物は、側鎖にカルボン酸またはエステル基を有するポリマー骨格に付加することが可能であり、末端イソシアネート基を有する化合物は、フリー水酸基を有する骨格に付加することができ、末端ビニルまたはビニルオキシ基を有する化合物は、例えばSi−H基を有するポリシロキサン骨格に付加することができる。
慣用のメソゲンまたは非メソゲンコモノマーとともに、本発明の化合物から共重合または重合類似反応により、SCLCPを形成することもまた可能である。適当なコモノマーは、当業者に既知である。原則として、当業者に既知の全ての慣用のコモノマーを使用することが可能であり、例えば上記のような、重合可能なまたは反応性基Pなどの、望ましいポリマー形成反応を行いうる反応性または重合可能な基を有するものである。典型的なメソゲンコモノマーは、例えば、WO93/22397、EP 0 261 712、DE 195 04 224、WO 95/22586およびWO 97/00600に記載のものである。典型的な非メソゲンコモノマーは、例えば、アルキルが1〜20個の炭素原子を有する、アルキルモノ−もしくはジアクリレート、またはアルキルモノ−もしくはジメタクリレートであり、アクリル酸メチルまたはメタクリル酸メチル、トリメチルプロパントリメタクリレートまたはペンタエリスリトールテトラアクリレートである。
例えば、デバイスが重合可能な液晶材料からin situでの重合により製造される場合、液晶材料は、好ましくは1または2以上の式Iおよび1または2以上の基Pを有する好ましい付属式の化合物を含む。液晶ポリマーが、例えば溶液中での重合により最初に製造される場合、および分離されたポリマーはデバイスの製造に使用される場合、ポリマーは好ましくは1または2以上の式Iおよび1つの基Pを有する好ましい付属式の化合物を含む液晶材料から製造される。
本発明の材料は、光学、電子および半導体材料として、特に電界効果トランジスタ(FET)、例えば集積回路部品、IDタグまたはTFT用途における電荷輸送材料として有益である。あるいは、それらは、エレクトロルミネッセントディスプレイ用途または例えば液晶ディスプレイのバックライトとして有機発光ダイオード(OLED)において、光電池またはセンサーデバイスとして、電子写真記録のために、および他の半導体用途のために用いてもよい。
殊に本発明のオリゴマーおよびポリマーは、これらの化合物の溶液を用いる製造工程を可能にする、有利な溶解特性を示す。したがって層および被覆を含む膜を、スピンコーティングなどの低コストの製造技術により製造することができる。適当な溶媒または溶媒混合物は、アルカンおよび/または芳香族、殊にそれらのフッ素化誘導体を含む。
本発明の材料は、光学、電子および半導体材料として有益であり、特に電界効果トランジスタ(FET)における電荷輸送材料として、光電池またはセンサー材料として、電子写真記録のために、および他の半導体用途のために有益である。有機半導体材料が、ゲート絶縁体(gatedielectric)およびドレインおよび電極源の間の膜として配置されるようなFETは、一般的に、例えば、US5,892,244、WO 00/79617、US5,998,804ならびに背景技術、従来技術および下記に掲載した参考文献から既知である。本発明の化合物の溶解特性を用いることにより、低コストで製造され、広範囲な表面の加工性に優れるという優位性により、集積回路、TFT−ディスプレイおよびセキュリティ等などが、好ましいFETの用途である。
セキュリティ用途では、電界効果トタンジスタおよびトランジスタまたはダイオードなどの半導体材料を用いる他のデバイスを、銀行手形などの有価証券、クレジットカードもしくはIDカード、国民ID書類、免許証または切手、チケット、株式、小切手などの貨幣価値のあるものの認証および偽造の予防のための、IDタグまたはセキュリティマーキングとして使用することもできる。
あるいは、本発明の材料は、例えばディスプレイ用途においてまたは液晶ディスプレイなどのバックライトとして有機発光デバイスまたはダイオード(OLED)に使用することもできる。通常のOLEDは、マルチレイヤー構造を用いると理解される。発光層は、一般的には、1または2以上の電子輸送および/または正孔輸送層の間に挟まれる。電界を印加することにより、電荷キャリアとしての電子および正孔は発光層の方へ移動し、それらの再結合が、励起およびその後に発光層に含まれるルモファー(lumophor)ユニットのルミネッセンスを導く。本発明の化合物、材料および膜は、それらの電気的および/または光学的特性に対応して、1または2以上の電荷輸送および/または発光層に用いることができる。さらにまた、発光層内でのそれらの使用は、本発明の化合物、材料および膜が、それ自体エレクトロルミネッセント特性を示すかまたはエレクトロルミネッセント基もしくは化合物を含む場合、殊に有利である。OLEDでの使用のための適当なモノマー、オリゴマーおよびポリマー化合物または材料の選択、特徴付けならびに加工は、一般的に当業者に既知であり、例えば、Meerholz, Synthetic Materials, 111-112, 2000, 31-34, Alcala, J. Appl. Phys., 88, 2000, 7124-7128および本明細書に引用の文献を参照できる。
他の使用により、本発明の化合物、材料または膜、殊に光輝性特性を示すものは、光源材料、例えばEP 0 889 350 A1またはWeder et al., Science, 279, 1998, 835-837に記載のディスプレイデバイスに用いることができる。
本発明の材料は、異方性特性を有する光学フィルム、例えば、液晶ディスプレイ部品として使用される偏向子、光学リタデーション膜、補償板、カラーフィルター、偏向ビームスプロッターまたは偏向フィルターの製造にも有益である。さらに、それらはコーティング、例えば装飾的もしくはセキュリティ用と、接着、または液晶顔料の製造用にも使用されうる。
本発明のさらなる側面は、本発明の化合物および材料の酸化形態および還元形態の両方に関する。電子の損失または獲得のいずれかは、高い導電性の非常に非局在化したイオン形態の形成をもたらす。これは一般的なドーパントへの被爆で起こりうる。適当なドーパントおよびドーピング手法は、例えば、EP 0 528 662、US 5 198 153またはWO 96/21659により当業者に既知である。
ドーピング方法は、典型的に、材料中に非局在化イオン中心を形成するために、適用されるドーパントに由来する対応する対イオンと、酸化還元反応において酸化または還元剤となる半導体材料を処理する意味を含む。適当なドーピング方法は、例えば大気圧または減圧下でのドーピング蒸気への被爆、ドーパントを含有する溶液中に電気化学的にドーピング、熱的に拡散する半導体材料とドーパントの接触、および半導体材料へのドーパントのイオン注入を含む。
電子がキャリアとして用いられる場合、適当なドーパントは、例えばハロゲン(例えば、I、Cl、Br、ICl、ICl、IBrおよびIF)、ルイス酸(例えばPF、AsF、SbF、BF、BCl、SbCl、BBr、およびSO)、プロトン酸、有機酸、およびアミノ酸(例えば、HF、HCl、HNO、HSO、HClO、FSOHおよびClSOH)、遷移金属化合物(例えばFeCl、FeOCl,Fe(ClOH、Fe(4−CHSOH)、TiCl、ZiCl、HfCl、NbCl、TaCl、MoF、MoCl、WF、WCl、UFおよびLnCl(式中Lnはランタノイド)、アニオン(例えばCl、Br、I、I 、HSO 、SO 2−、NO 、ClO 、BF 、PF 、AsF 、SbF 、FeCl 、Fe(CN) 3−、およびアリールSO などの種々のスルホン酸アニオン)である。正孔がキャリアとして用いられる場合、ドーパントの例としては、カチオン(例えばH、Li、Na、K、RbおよびCs)、アルカリ金属(例えばLi、Na、K、RbおよびCs)、アルカリ土類金属(例えばCa、SrおよびBa)、O、XeOF、(NO )(SbF )、(NO )(SbCl )、(NO )(BF )、AgClO、HIrCl、La(NO・6HO、FSOOOSOF、Eu、アセチルコリン、R、R、RAs(式中Rはアルキル基)である。
本発明の化合物および材料の導電性形態は、有機の「金属」として、例えばこれに限定されるものではないが、有機発光ダイオード用途における電荷注入層およびITO平坦化層、フラットパネルディスプレイおよびタッチスクリーン用膜、静電防止用膜、導電性プリント基板、プリント基板およびコンデンサーなどの電子用途におけるパターンまたはトラクト(tract)などの用途で使用しうる。
以下の例は、それに限定することなく本発明を説明するために提供される。本明細書中、他に説明がない限り、すべての温度は摂氏度で示され、すべてのパーセントは重量による。SおよびSx1は、不確定な構造のスメクティック液晶を示す。
例1
化合物(1)は以下のように製造される:
Figure 0004901718
工程1.1:2,5’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ビチオフェン
非水和(unhydrous)THF(120ml)中の5,5’−ジブロモ−2,2’−ビチオフェン(5.0g、15.43mmol)溶液に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.5g、0.43mmol)を加える。該混合物を20分間窒素で脱ガスし、続いて4−(4,4,5,5−テトラメチル[1,3,2]ジオキソボロラン−2−イル)−フェノール(3.73g、16.95mmol、Aldrich)およびテトラエチルアンモニウムヒドロキシド(20%水溶液、50ml)を加える。混合物を5時間環流しながら加熱する。冷却後、1MのHCl溶液(70ml)を添加し、沈殿物を濾過し、水(3×20ml)で洗浄し、乾燥して緑色固体(4.52g、84%)を得た。NMRは予期したシグナルを示した。
工程1.2:6−[4−(5’−{4−[5−(1−ビニル−アリルオキシカルボニル)−ペンチルオキシ]−フェニル}−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル)−フェニルオキシ]−ヘキサン酸1−ビニル−アリルエステル
2,5’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ビチオフェン(0.50g、1.43mmol)をDMF(50ml)に溶解し、次いで炭酸カリウム(0.59g、4.29mmol)、6−ブロモヘキサン酸1−ビニルエステル(1.12g、4.29mmol、A. E. A. Contret et al., Chem. Mater. 2002, 14, 1477参照)を添加する。該混合物を窒素下70℃で一晩攪拌する。冷却後、水(100ml)を添加し、次いで酢酸エチルで抽出する(3×70ml)。有機相を混合し、乾燥し減圧で蒸発させる。残渣をシリカ上のカラムクロマトグラフィーで、ガソリン/酢酸エチル(4:1〜7:3)で溶離精製して、黄色固体を得た。該固体は、酢酸エチルからの再結晶化により黄色結晶となった(0.39g、41%)。
Figure 0004901718
例2
化合物(2)は以下のように製造される:
Figure 0004901718
工程2.1:5−(4−ヨードフェニル)ペンタン酸
5−フェニルペンタン酸(50.0g、0.28mol)、ヨウ素(37.77g、0.149molおよび(ジアセトキシヨード)ベンゼン(48.0g、0.149mol)を、氷酢酸(500ml)および無水酢酸(500ml)混合物中で懸濁する。濃硫酸(2ml)を添加し、懸濁物を赤色が薄くなるまでの間、暗所で2時間攪拌する。溶媒を、減圧下で約80mlになるまで除去し、残渣をメタ重亜硫酸ナトリウム(8g)を含む冷水(1L)に注入した。得られた沈殿物を30分攪拌し、その後濾過する。粗生成物を、エタノール/水からおよびその後酢酸/水から再結晶化し、生成物(58.5g)を得た。NMRは予期したシグナルを示した。
工程2.2:5−(4−{5’−[4−(4−カルボキシ−ブチル)フェニル]−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル}−フェニル]−ペンタン酸
5−(4−ヨードフェニル)ペンタン酸(2.64g、8.68mmol)および5,5’−ジ(4,4,5,5’−テトラメチル[1,3,2]ジオキソボロラン−2−イル)−2,2’−ビチオフェン(1.54g、3.69mmol)を、非水和NMP(70ml)に窒素下室温で溶解する。テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(107mg、0.09mmol)を添加し、混合物を40℃に加熱する。テトラブチルアンモニウムヒドロキシド(40重量%の水溶液10ml)を添加し、混合物を110℃で16時間加熱する。反応系を室温に冷却し、5%HCl冷水溶液(500ml)に注入する。得られた沈殿物を濾過し、水、メタノールおよびアセトンで粉体化し、生成物1.96gを得た。NMRは予期したシグナルを示した。
工程2.3:5−[4−(5’−{4−[4−(1−ビニル−アロキシカルボニル)−ブチル]−フェニル}−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル)−フェニル]−ペンタン酸1−ビニル−アリルエステル(2)
5−(4−{5’−[4−(4−カルボキシ−ブチル)フェニル]−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル}−フェニル]−ペンタン酸(1.05g、2.02mmol)および1,4−ペンタジエン−3−オール(0.42g、5.0mmol)をNMP(52ml)に懸濁する。1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミドヒドロクロライド[EDCl](0.96g、5.0mmol)を加え、該混合物を50℃に加熱し、10分攪拌する。得られた溶液を室温で3日間攪拌する。混合物を、水(300ml)に注入し、得られた沈殿物を濾過する。固体をTHF(300ml)に溶解し、濾過およびシリカで乾燥搭載する。該シリカは乾燥シリカカラム上に搭載され、ガソリン/ジクロロメタン(4:1)で非着色生成物を除去するために溶離する。溶離液をジクロロメタンに変更し、着色したフラクションは、粗生成物を利用可能にするために収集される(1.06g)。一部(0.5g)を逆相クロマトグラフィー(溶離液:アセトニトリル/THF 9:1〜1:1の勾配)でさらに精製する。酢酸エチルからの最終的な再結晶化により、生成物が利用可能となった(0.15g)。
Figure 0004901718
例3:
化合物(3)は以下のように製造される:
Figure 0004901718
工程3.1:2−メチル−アクリル酸−6−[4−(5’−{4−[6−(2−メチル−アクリルオキシ)−ヘキシルオキシ]−フェニル}−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル)−フェノキシ]−ヘキシルエステル
2,5’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ビチオフェン(0.5g、1.43mol)、炭酸カリウム(0.59g、4.29mmol)、6−クロロヘキシルメタクリレート(0.88g、4.29mmol)およびヨウ化カリウム(0.71g、4.29mmol)をDMF(70ml)に溶解する。該混合物を、窒素下で70℃で一晩攪拌する。冷却後、水(100ml)を添加し、次いで酢酸エチル(3×70ml)で抽出する。有機相を組み合わせ、乾燥し、減圧下で蒸発させる。シリカ上のカラムクロマトグラフィーにより、ガソリン/酢酸エチル(9:1〜7:3)で溶離して、黄色固体を得た。該固体は、酢酸エチルからの再結晶化により、黄色結晶(0.43g、44%)となった。
Figure 0004901718
例4:
化合物(4)は以下のように製造される:
Figure 0004901718
工程4.1:
テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.05g)を、乾燥THF(30ml)に5’、5’’−ジブロモ−[2,2’;5’、2’’]ターチオフェン(0.10g、0.25mmol)を溶解した溶液に、窒素下で攪拌しながら添加する。20分後、2−{5−[6−(3−エチル−オキセタン−3−イルメトキシ)−ヘキシル]チオフェン−2−イル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン(0.25g、0.60mmol)および水(5ml)中の炭酸カリウム(0.17g、1.23mmol)溶液を添加する。得られた混合物を、1.5時間環流しながら加熱する。冷却後、水(100ml)を添加し、沈殿物を濾過し、水およびジエチルエーテルで洗浄し、赤色固体を得た。該固体はトルエンから再結晶化により赤色結晶を提供する。
Figure 0004901718
例5:
化合物(5)は以下のように製造される:
Figure 0004901718
工程5.1:
テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.01g)を、乾燥THF(30ml)に4、4’−ジブロモビフェニル(0.12g、0.38mmol)を溶解した溶液に、窒素下で攪拌しながら添加する。20分後、2−{5’−[6−(3−エチルオキセタン−3−イルメトキシ)−ヘキシル]チオフェン−2−イル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン(0.50g、1.22mmol)および水(5ml)中の炭酸カリウム(0.35g、2.5mmol)溶液を添加する。得られた混合物を、1.5時間環流しながら加熱する。冷却後、水(50ml)を添加する。沈殿物を濾過し、ジエチルエーテルで洗浄し、黄色固体を得た。該固体は、トルエンから再結晶化により黄色結晶を提供する。
Figure 0004901718
例6
化合物(6)を以下のように製造する:
Figure 0004901718
工程6.1:5−(6−クロロヘキシル)−2,2’−ビチオフェン
無水THF(150ml)中の2,2’−ビチオフェン(10.0g、60.24mmol)の攪拌溶液に、n−ブチルリチウム(2.5Mヘキサン溶液、20.0ml、50.0mmol)を、窒素下で−78℃で滴加する。添加終了後、攪拌しながら混合物を室温まで2時間加温し、次いで1−クロロ−6−ヨードヘキサン(14.55g、50.0mmol)を添加する。得られた混合物を室温で一晩攪拌する。得られた反応物を飽和NHCl水でクエンチし、反応混合物を酢酸エチル(3×100ml)で抽出する。組み合わせた有機抽出物を水、ブラインで洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥する。溶媒を減圧下で除去し、残渣をシリカ上のカラムクロマトグラフィーにより石油エーテルで溶離精製して、5−(6−クロロヘキシル)−2,2’−ビチオフェンを白色固体として得た(7.73g、54%)。
Figure 0004901718
工程6.2:3−(6−[2,2’]−ビチオフェニル−5−イルヘキシルオキシメチル)−3−エチル−オキセタン
3−エチル−3−オキセタンメタノール(3.10g、26.72mmol)を、DMF(70ml)中の水素化ナトリウム懸濁液(60%鉱物油分散物、1.07g、26.72mmol)に、窒素下0℃で攪拌しながら添加する。添加終了後、冷浴を除去し、混合物を20分攪拌し、次いで5−(6−クロロヘキシル)−2,2’−ビチオフェン(7.61g、26.72mmol)を添加する。得られた混合物を一晩攪拌し、水(100ml)を添加し、混合物を酢酸エチル(3×70ml)で抽出する。組み合わせた抽出物を水、ブラインで洗浄、硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下で蒸発させる。残渣をカラムクロマトグラフィーにより石油エーテル/酢酸エチル(100:0〜9:1)で溶離精製して、3−(6−[2,2’]−ビチオフェニル−5−イル−ヘキシルオキシメチル)−3−エチル−オキセタンを茶色オイルとして得た(6.34g、65%)。
Figure 0004901718
工程6.3:2−{5’−[6−(3−エチル−オキセタン−3−イルメトキシ)ヘキシル]−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン
無水THF(100ml)中の3−(6−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル−ヘキシルオキシメチル)−3−エチル−オキセタン(6.0g、16.46mmol)の攪拌溶液に、n−ブチルリチウム(ヘキサン中2.5M、7.0ml、17.50mmol)を、窒素下−78℃で滴加する。添加終了後、混合物を室温まで2時間攪拌しながら加温し、次いで2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(3.26g、17.5mmol)を添加する。得られた混合物を一晩室温で攪拌する。反応物を飽和NHCl水でクエンチし、反応混合物を酢酸エチル(3×100ml)で抽出する。組み合わせた有機抽出物を水、ブラインで洗浄、硫酸ナトリウムで乾燥する。溶媒を減圧下で蒸発し、残渣をシリカ上のカラムクロマトグラフィーにより石油エーテル/酢酸エチル(9:1〜4:1)でさらに溶離精製して、2−{5’−[6−(3−エチル−オキセタン−3−イルメトキシ)ヘキシル]−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロランを青色オイルとして得た(4.53g、56%)。
Figure 0004901718
工程6.4:
テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.01g)を、乾燥THF(30ml)に1,4−ジブロモベンゼン(0.12g、0.51mmol)溶液に、窒素下で攪拌しながら添加する。20分後、2−{5’−[6−(3−エチル−オキセタン−3−イルメトキシ)−ヘキシル]−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン(0.75g、1.53mmol)および水(10ml)中の炭酸カリウム(0.42g、3.04mmol)溶液を添加する。得られた混合物を、1.5時間環流しながら加熱する。冷却後、水(50ml)を添加し、反応混合物を酢酸エチル(3×50ml)で抽出し、組み合わせた抽出物を硫酸ナトリウムで乾燥する。溶媒を減圧下で除去し、残渣をブフナー漏斗中のジエチルエーテルで洗浄し、黄色固体を得た。該固体は、トルエンから再結晶化により黄色結晶を提供する(0.23g、56%)。
Figure 0004901718
例7
化合物(7)は以下のように製造される:
Figure 0004901718
工程7.1:3’−メチル−[2,2’,5’,2’’]ターチオフェン
無水THF(70ml)中のPd(dba)(0.30g、0.33mmol)の攪拌溶液に、[(t−Bu)PH]BF(0.38g、1.32mmol)を、窒素下攪拌しながら添加する。5分後、2,5−ジブロモ−3−メチルチオフェン(7.0g、27.35mmol)を導入し、混合物をさらに10分攪拌し、次いでチオフェン−2−ボロン酸(8.40g、65.65mmol)および水(20ml)中のリン酸カリウム(15g)溶液を添加する。該混合物を3時間環流しながら加熱する。冷却後、水を加え、該混合物を酢酸エチル(3×70ml)で抽出し、硫酸ナトリウム(NaSO)で乾燥し、減圧下で蒸発する。残渣をカラムクロマトグラフィーにより石油エーテルで溶離精製して、茶色オイルを得た(6.05g、84%)。
Figure 0004901718
工程7.2:5,5’’−ジブロモ−3’−メチル−[2,2’,5’,2’’]ターチオフェン
3’−メチル−[2,2’,5’,2’’]ターチオフェン(2.20g、8.38mmol)および酢酸(30ml)中のN−ボロモスクシンイミド(2.99g、16.80mmol)を1時間暗所で攪拌する。形成した沈殿物を濾過し、水で洗浄後、トルエンで再結晶化し、淡黄結晶を得た(2.28g、65%)。
Figure 0004901718
工程7.3:
無水THF(20ml)中の5,5’’−ジブロモ−3’−メチル−[2,2’,5’,2’’]ターチオフェン(0.13g、0.31mmol)の攪拌溶液に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.05g)を、窒素下で攪拌しながら添加する。15分後、2−{5−[6−(3−エチル−オキセタン−3−イルメトキシ)−ヘキシル]チオフェン−2−イル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン(0.38g、0.93mmol)および水(5ml)中の炭酸カリウム(0.50g、3.62mmol)溶液を添加する。該混合物を、1.5時間環流しながら加熱する。冷却後、水を添加し、該混合物を酢酸エチル(3×50ml)で抽出する。抽出物を硫酸ナトリウム(NaSO)で乾燥し、減圧下で蒸発する。残渣をエーテル(2ml)に溶解し、0℃に冷却する。得られた結晶を濾過し、少量のエーテルを含む水で洗浄し、オレンジ色の生成物を得た(0.16g、64%)。
Figure 0004901718
例8
化合物(8)は以下のように製造される:
Figure 0004901718
工程8.1:2−{4−[6−(Tert−ブチル−ジメチルシラニルオキシ)ヘキシル]フェニル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン;
無水DMA(30ml)中の亜鉛粉末の懸濁物に、ヨウ素(0.5g、2mmol)を添加する。該混合物を、ヨウ素(I)の赤色が消失するまで(約2分)攪拌し、次いで(6−ブロモヘキシルオキシ)−tert−ブチル−ジメチルシラン(15.0g、50.79mmol)を添加し、該混合物を85℃で4.5時間攪拌し、その後室温まで冷却して過剰量の亜鉛を処理する。無水THF(30ml)を注入した別のフラスコに、2−(4−ヨードフェニル)−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]−ジオキサボロラン(15.0g、45.46mmol)およびPd(dppf)Cl(0.85g、0.10mmol)を添加する。該混合物を10分間で攪拌し、その後有機亜鉛試薬の溶液をフラスコ中にカニューレで移す。反応混合物を一晩(約16時間)室温で攪拌する。飽和NHCl水溶液を添加し、該混合物を酢酸エチル(3×70ml)で抽出する。抽出物を硫酸ナトリウム(NaSO)で乾燥し、減圧下で蒸発させる。残渣をカラムクロマトグラフィーにより石油/酢酸エチル(10:0〜4:1)で溶離精製して、茶色オイルを得た(13.83g、73%)。
Figure 0004901718
工程8.2:5,5’−ビス−{4−[6−(tert−ブチル−ジメチルシラニルオキシ)ヘキシル]フェニル}−[2,2’]ビチオフェン;
無水THF(50ml)中の5,5’−ジブロモ−[2,2’]ビチオフェン(0.60g、1.85mmol)の攪拌溶液に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.10g)を、窒素下で攪拌しながら添加する。20分後、2−{4−[6−(tert−ブチル−ジメチルシラニルオキシ)ヘキシル]フェニル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン(2.30g、5.50mmol)および水(10ml)中の炭酸カリウム(1.50g)溶液を添加する。該混合物を、2時間環流しながら加熱する。冷却後、水を添加し、該混合物を酢酸エチル(3×50ml)で抽出する。抽出物を硫酸ナトリウム(NaSO)で乾燥し、減圧下で蒸発する。残渣をシリカ上のカラムクロマトグラフィーにより石油エーテル/酢酸エチル(10:0〜4:1)で溶離精製して、黄色固体を得た(0.87g、64%)。
Figure 0004901718
工程8.3:2−メチルアクリル酸6−[4−(5’−{4−[6−(2−メチルアクリロイルオキシ)ヘキシル]フェニル}−[2,2’]ビチオフェニル−5−イル)フェニル]ヘキシルエステル;
THF(20ml)中の5,5’−ビス−{4−[6−(tert−ブチル−ジメチルシラニルオキシ)ヘキシル]フェニル}−[2,2’]ビチオフェン(0.70g、0.94mmol)およびテトラブチルアンモニウムフルオリド(THF中1M、3.0ml、3.0mmol)の混合物を、室温で15時間攪拌する。沈殿物を濾過し、水およびジエチルエーテルで洗浄後、乾燥して黄色固体を得た(0.30g、62%)。該固体をN−メチル−2−ピロリドン(20ml)に溶解し、次いでメタクリロイルクロライド(0.24g、2.30mmol)を添加する。該溶液に、トリエチルアミン(0.25g、2.50mmol)を10分にわたり滴加する。該反応混合物を室温で16時間攪拌し、その後水を加える。混合物を酢酸エチル(3×70ml)で抽出し、組み合わせた有機相ブラインで洗浄し、硫酸ナトリウム(NaSO)で乾燥する。溶媒を減圧下で除去する。残渣をシリカ上のカラムクロマトグラフィーにより石油/酢酸エチル(10:0〜4:1)で溶離精製して、黄色固体を得た。該固体は、酢酸エチルから再結晶化により黄色結晶となる(0.21g、57%)。
Figure 0004901718
例(9)
化合物(9)を以下のようにして製造する:
Figure 0004901718
工程9.1:3−[6−(4−ブロモフェニル)ヘキシルオキシメチル]−3−エチルオキセタン
無水DMA(20ml)中の亜鉛粉末(1.80g、27.5mmol)の混合物に、ヨウ素(0.5g、1.97mmol)を添加する。該混合物を、ヨウ素の赤色が消失するまで(約2分)攪拌し、次いで3−(6−ブロモヘキシルオキシメチル)−3−エチルオキセタン(5.0g、17.9mmol)を添加し、該反応混合物を85℃で4.5時間攪拌し、その後室温まで冷却する。無水THF(30ml)を注入した別のフラスコに、1−ブロモ−4−ヨードベンゼン(7.0g、24.74mmol)およびPd(dppf)Cl(0.55g、0.61mmol)を添加する。該混合物を10分間で攪拌し、その後上記の有機亜鉛試薬を導入する。反応混合物を一晩(約16時間)室温で攪拌する。飽和NHCl水溶液を添加し、該混合物を酢酸エチル(3×70ml)で抽出する。抽出物を硫酸ナトリウム(NaSO)で乾燥し、減圧下で蒸発させる。残渣をシリカ上のカラムクロマトグラフィーにより石油/酢酸エチル(10:0〜4:1)で溶離精製して、茶色オイルを得た(2.6g、41%)。
Figure 0004901718
工程9.2:2−{4−[6−((3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ)ヘキシル]フェニル}−4,4,5,5−テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボロラン;
乾燥THF(20ml)中の3−[6−(4−ブロモフェニル)ヘキシルオキシメチル]−3−エチル−オオキセタン(2.0g、5.63mmol)の攪拌溶液に、n−ブチルリチウム(ヘキサン中2.5M、2.25ml、5.63mmol)を、窒素下で−78℃で攪拌しながら滴加する。添加終了後、混合物をさらに20分攪拌し、次いで2−イソプイロピル−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(1.05g、5.64mmol)を添加する。得られた混合物を室温で一晩攪拌する。該反応を水でクエンチし、該反応混合物を酢酸エチル(3×50ml)で抽出する。組み合わせた有機抽出物を水、ブラインで洗浄し、硫酸ナトリウム(NaSO)で乾燥する。溶媒を減圧下で除去し、残渣をシリカ上のカラムクロマトグラフィーにより石油エーテル/酢酸エチル(9:1〜7:3)で溶離精製して、茶色オイルを得た(1.60g、71%)。
Figure 0004901718
工程9.3:
20mlのマイクロ波管に、5,5’−ジブロモ−ビチオフェン(0.20g、0.62mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.05g、0.04mmol)、2−{4−[6−((3−エチルオキセタン−3−イル)メトキシ)−ヘキシル]フェニル}−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(0.75g、1.86mmol)、無水THF(7ml)およびテトラブチルアンモニウムヒドロキシド(20%水溶液、2ml)を注入する。該管を密封し、マイクロ波反応器(Emrys Creator)中で100℃で1分、120℃で1分および140℃で15分加熱攪拌する。冷却後、混合物を水(100ml)中に注入する。沈殿物を濾過し、水およびジエチルエーテルで洗浄し、青色固体を得た。該固体は、シリカ上のカラムクロマトグラフィーにより石油エーテル/酢酸エチル(9:1〜4:1)で溶離精製して、黄色固体を得た(0.23g、52%)。
Figure 0004901718

Claims (17)

  1. 式I
    P−Sp−X−A−(Z−A−R I
    で表される化合物であって、
    式中、
    PはCH =CW −COO−、
    Figure 0004901718

    (CH =CH) CH−OCO−または(CH =CH−CH N−CO−、であり、W はH、CH 、ClまたはCNであり、W はHまたは炭素原子を1〜5個有するアルキルであり、k1は0または1であり、
    Spは炭素原子を1〜12個有する直鎖状アルキレン基または単結合であり、
    Xは−O−、−O−CH −、−CH −O−または単結合であり、
    およびAは、相互に独立して、無置換の1,4−フェニレンまたは無置換のチオフェン−2,5−ジイルであり、少なくとも2個のAおよびA、チオフェン−2,5−ジイルであり、
    、単結合であり
    、P−Sp−Xであり、
    は3、4または5であり、
    ただし、すべてのA およびA がチオフェン−2,5−ジイルである場合、mは4または5である、前記化合物。
  2. すべてのAおよびAがチオフェン−2,5−ジイルである、請求項1に記載の化合物。
  3. 少なくとも1個の またはが1,4−フェニレンである、請求項1に記載の化合物。
  4. −A−(Z−A−が式II1
    −Phe−(Z−Thi)m1−Z−Phe− II1
    式中、
    m1は2、3または4であり、Z単結合であり、Thiはチオフェン−2,5−ジイル基であり、Pheは1,4−フェニレン基である
    で表されるものから選択される、請求項1または3のいずれかに記載の化合物。
  5. 下記式
    Figure 0004901718
    Figure 0004901718
    式中、
    およびPは、相互に独立して、CH =CW −COO−、
    Figure 0004901718

    (CH =CH) CH−OCO−または(CH =CH−CH N−CO−、であり、W はH、CH 、ClまたはCNであり、W はHまたは炭素原子を1〜5個有するアルキルであり、k1は0または1であり
    SpおよびSpは、相互に独立して、炭素原子を1〜12個有する直鎖状アルキレン基または単結合であり、
    およびXは、相互に独立して、−O−、−O−CH −、−CH −O−または単結合であり
    12 は、Hであり
    rは0、1、2、3または4である、
    で表されるものから選択される、請求項1〜4のいずれかに記載の化合物。
  6. 下記式
    Figure 0004901718
    式中、
    「alkyl」は1〜12個の炭素原子を有するアルキレン基であり、tは0または1であり、uは0または1であり、R’はHであり、PはCH=CW−COO−、
    Figure 0004901718

    (CH=CH)CH−OCO−または(CH=CH−CHN−CO−、であり、 はH、CH、ClまたはCNであり、 はHまたは炭素原子を1〜5個有するアルキルであり、k1は0または1である、
    で表されるものから選択される、請求項に記載の化合物。
  7. 液晶相を示す、請求項1〜のいずれかに記載の化合物。
  8. 1または2種以上の請求項1〜のいずれかに記載の化合物および任意に1または2種以上のさらなる反応性化合物を含む反応性液晶混合物であって、前記化合物の少なくとも1種がメソゲンまたは液晶である、前記反応性液晶混合物。
  9. 請求項1〜のいずれかに記載の化合物または混合物から得られる、異方性ポリマー。
  10. 巨視的に均一配向にその液晶相が配列し、重合または架橋により配向状態が固定される、請求項1〜のいずれかに記載の化合物または混合物の1または2種以上から得られる電荷輸送特性を有する、異方性ポリマー。
  11. 1または2種以上の請求項1〜のいずれかに記載の化合物または混合物の重合、またはポリマー骨格に重合類似反応で化合物または混合物成分をグラフトすることにより得られた、任意に1又は2種以上のさらなるメソゲンまたは非メソゲンコモノマーを有する側鎖液晶ポリマー。
  12. 光学、電気光学もしくは電子デバイスにおける半導体または電荷輸送材料としての、請求項1〜11のいずれかに記載の化合物、混合物およびポリマーの使用。
  13. 集積回路部品、フラットパネルディスプレイ用途における薄膜トランジスタ、電波方式認識(RFID)タグ、電界効果トランジスタ(FET)、エレクトロルミネッセントディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト、有機発光ダイオード(OLED)用途のための半導体部品、光電池もしくはセンサーデバイスのためのバッテリーの電極材料、電子写真用途のための光導電体、液晶ディスプレイ、または光学フィルムまたは他の光学もしくは電子光学デバイスとしての光調整部品としての、請求項12に記載の使用。
  14. 請求項1〜11のいずれかに記載の化合物、混合物およびポリマーの1または2種以上を含む、集積回路部品としての、フラットパネルディスプレイ用途における薄膜トランジスタとしてのもしくは電波方式認識(RFID)タグにおける電界効果トランジスタ。
  15. 請求項1〜11のいずれかに記載の化合物、混合物およびポリマーの1または2種以上、または請求項14に記載のFETまたはRFIDタグを含むセキュリティマークまたはデバイス。
  16. 酸化的または還元的にドープすることにより導電イオン種を形成する、請求項1〜11のいずれかに記載の化合物、混合物またはポリマー。
  17. 請求項16に記載の化合物、混合物またはポリマーの1または2種以上を含む、電荷注入層、平坦化層、電子用途もしくはフラットパネルディスプレイ用の静電気防止フィルムまたは導電基板またはパターン。
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