JP4913007B2 - 新規な液晶性n型有機導電体材料 - Google Patents
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Description
そこで、近年、有機化合物を用いた有機光電子デバイスの開発が盛んに行われている。 これは、有機化合物の構造が多様で様々な分子デザインと合成が可能になってきたことによる機能化への期待と、有機溶媒への溶解性を利用して、塗布法や印刷法などの溶液プロセスにより機能層の形成が行えることへの期待があることからである。有機光電子デバイスは、比較的低温のプロセスで製造できるので、基板にプラスチックフィルムが使用でき、軽量で柔軟性に優れた壊れにくいデバイスを作製できる利点があるほか、大面積のデバイスが、高価な設備を必要とせず低コストで製造できる利点がある。また、様々な分子デザインにより、分子構造を変化させて材料特性を根本的に変えることもできるので、無機物にはない機能を持つ素子が得られる可能性がある。
有機分子の分子間での導電経路として考えられているのは、π結合が高度に共役した分子のπ−π相互作用およびヘテロ原子を含む化合物におけるヘテロ原子−ヘテロ原子相互作用でありこの観点から、固体状態で強いπ−πスタッキング相互作用によって生じるカラム構造を持つ化合物の有機光電子デバイスとしての特性に興味が持たれている。
このような化合物を有機光電子デバイスとして用いるためには、薄膜を作製する必要がある。有機薄膜の作製法には、真空蒸着法と溶液プロセス(塗布法)の2種類が知られているが、有機半導体材料を用いる利点を活かすには前述したような理由から、溶液プロセスを用いることが望ましい。しかしながら、従来、溶液プロセスを用いた場合には、キャリアの移動度を向上させるために、基板上での有機分子の自発的な結晶化あるいは、薄膜作製後に例えば、アニール処理を施すこと等による結晶性の向上というプロセスが必要であった。
一方、ポルフィリンに置換基を導入して液晶性を賦与する試みもいくつか行われている。Greggらはポルフィリンに種々の置換基を導入した化合物を合成してその相変化を調べている(非特許文献1参照)が、液晶への転移温度が最も低いものでも61℃であり、室温で液晶状態を呈する化合物を見つけていない。また、特定のポルフィリン誘導体よりなる発光層を有する発光素子に関して、該発光層が液晶性を有することが報告されている(特許文献3参照)が、この場合も、液晶への相転移温度は最も低いものでも61℃であった。
更に、ポルフィリン系以外の化合物についてまで対象を広げると、Anらが提案しているベリレン誘導体が−10℃〜226℃の広い温度範囲で液晶相を有し、液晶状態でn型有機導電体となることが知られている(非特許文献2参照)が、キャリア移動度は極めて低く、後述する本発明の化合物の十分の一程度にすぎない。
即ち、本発明は、下記の一般式[1]
で表される完全縮環ポルフィリン二量体に関する。
また、本発明は、前記の一般式[1]で表される完全縮環ポルフィリン二量体よりなる液晶性n型有機導電体材料に関する。
さらに、本発明は、前記の一般式[1]で表される完全縮環ポルフィリン二量体よりなる液晶性n型有機導電体材料を用いた有機光電子デバイスに関する。
(1)下記の一般式[1]
で表される完全縮環ポルフィリン二量体よりなる液晶性n型有機導電体材料。
(2)Mで表される金属元素が、Cu、Ni、又はCoである前記(1)に記載の液晶性n型有機導電体材料。
(3)Mで表される金属元素が、Cuである前記(1)又は(2)に記載の液晶性n型有機導電体材料。
(4)前記の一般式[1]におけるR1が、−O(CH2CH2O)nCH3を表し(但し、nは1から6の整数を表す。)、R2における−OR3のR3が炭素数10から18の直鎖状のアルキル基である前記(1)〜(3)のいずれかに記載の液晶性n型有機導電体材料。
(5)前記(1)〜(4)のいずれかに記載の液晶性n型有機導電体材料を用いた有機光電子デバイス。
(6)有機光電子デバイスが、電界効果トランジスタ、EL素子、又は太陽電池である前記(5)に記載の有機光電子デバイス。
(7)前記の一般式[1]で表される完全縮環ポルフィリン二量体。
(8)Mで表される金属元素が、Cu、Ni、又はCoである前記(7)に記載の完全縮環ポルフィリン二量体。
(9)Mで表される金属元素が、Cuである前記(7)又は(8)に記載の完全縮環ポルフィリン二量体。
(10)前記の一般式[1]におけるR1が、−O(CH2CH2O)nCH3を表し(但し、nは1から6の整数を表す。)、R2における−OR3のR3が炭素数10から18の直鎖状のアルキル基である前記(7)〜(9)のいずれかに記載の完全縮環ポルフィリン二量体。
また、R4の炭素数1〜5のアルキレン基としては、炭素数1〜5、好ましくは炭素数2〜4の直鎖状又は分枝状のアルキレン基が挙げられる。好ましいアルキレン基としては、例えば、エチレン基、n−プロピレン基などが挙げられる。特に好ましいアルキレン基としては、エチレン基が挙げられる。
−O(R4−O)nCH3基におけるnは、オキシアルキレン基の繰り返し数を表し、好ましいnとしては1〜6、より好ましくは2〜4、さらに好ましくは3からなる整数が挙げられる。
本発明の一般式[1]におけるMは、金属元素又は2個の水素原子を表す。Mが2個の水素原子の場合は、ポルフィリン骨格に金属原子が配位していない場合を示している。ポルフィリン骨格に配位する金属原子Mとしては、配位可能なものであれば特に制限はないが、好ましい金属原子としては、Cu、Ni、又はCoが挙げられ、特にCuが好ましい。
本発明の一般式[1]で表される完全縮環ポルフィリン二量体の製造例を次の化学反応式で例示する。
トリ置換されたベンズアルデヒドをBF3エーテレートで処理し、これとピロール誘導体とをDDQなどの縮合剤の存在下で反応させて、ジフェニルポルフィリン誘導体2を製造する。得られたジフェニルポルフィリン誘導体2をNBSなどを用いてハロゲン化した後、これをパラジウム錯体などの触媒の存在下でホウ素化し、次いでトリ置換された臭素化ベンゼンと反応させてトリフェニルポルフィリン誘導体4を製造する。得られたトリフェニルポルフィリン誘導体4を同様にハロゲン化、及びホウ素化することにより、ハロゲン化トリフェニルポルフィリン誘導体5及びホウ素化トリフェニルポルフィリン誘導体6をそれぞれ製造することができる。
このようにして得られたハロゲン化トリフェニルポルフィリン誘導体5及びホウ素化トリフェニルポルフィリン誘導体6をそれぞれ亜鉛錯体とし、次の反応式にしたがって本発明の完全縮環ポルフィリン二量体を製造することができる。
これらの有機光電子デバイスへの使用については、本発明の一般式[1]で表される完全縮環ポルフィリン二量体を液晶性n型有機導電体材料として、公知の方法により製造することができる。これらの製造方法については、前記してきた特許文献1〜3にも詳細に記載されており、これらの記載を本明細書に取り込む。
また、一般に、電界効果 トランジスタの動作特性は、有機半導体層のキャリア移動度、電導度、また絶縁層の静電容量、素子の構成などにより決まるとされており、電界効果トランジスタに用いる有機半導体層の材料はキャリア移動度が高いほど好ましいとされている。本発明の一般式[1]で表される完全縮環ポルフィリン二量体はキャリア移動度が極めて高く、これを電界効果トランジスタに用いることにより優れた性能を有する電界効果トランジスタとすることができる。
これらの層や電極の形成する方法としては、公知の方法を採用することができ、例えば、スピンコートやブレードコート等の塗布法、蒸着法、スパッタ法、スクリーン印刷やインクジェット、静電荷像現像方法等の印刷法等を採用することができる。
(1)5,15−ジアリールポルフィリン誘導体[2]の製造
次の反応式にしたがって5,15−ジアリールポルフィリン誘導体[2]を製造した。
3,4,5−トリドデシルオキシベンズアルデヒド(4.33g,6.56mmol)(この化合物は文献(W.-R. Li et al., Helvetica Chimica Acta, 1999, 82, 1400.)記載の方法により製造することができる。)とジピロメタン(1.00g,6.84mmol)の塩化メチレン溶液(700mL)に対し、トリフルオロボロンエチルエーテル錯体(0.075mL)を加え、室温で、アルゴン下で2時間半撹拌した後、反応系にジクロロジシアノベンゾキノン(DDQ;2.00g,8.81mmol)を加え、さらに2時間撹拌した。次いで、溶液の量が100mL程度になるまで溶媒を留去して濃縮し、アルミナカラムクロマトグラフィー(塩化メチレン/ヘキサン=2/1)により精製し、さらにシリカゲルカラムクロマトグラフィー(塩化メチレン/ヘキサン=1/2)により2番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒を留去することで赤色固体として目的の化合物[2C12]を得た(3.10g,1.98mmol,収率60%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
10.28 (s, 2H, meso-H), 9.37 (d, 4H, pyrrole-β-H),
9.16 (d, 4H, pyrrole-β-H), 7.46 (s, 4H, Ar),
4.33-4.28 (m, 4H, OCH2(CH2)10CH3),
4.14-4.09 (m, 8H, OCH2(CH2)10CH3),
2.01-1.21 (m, 120H, OCH2(CH2)10CH3),
0.91-0.81 (m, 18H, OCH2(CH2)10CH3), -3.14 (s, 2H, NH);
MALDI−TOF−MS m/z
C104H166N4O6として、計算値:(M+) 1567.28,
実測値: 1567.43;
UV−vis (CHCl3):
λmax 412,451,505,541,577,634nm.
3,4,5−トリス{2−[2−(2−メトキシエトキシ)エトキシ]エトキシ}ベンズアルデヒド(2.71g,4.57mmol)(この化合物は文献(C. B. Nielsen et al., J. Org. Chem., 2005, 70, 7065.)記載の方法により製造することができる。)とジピロメタン(0.668g,4.57mmol)の塩化メチレン溶液(600mL)に対し、トリフルオロボロンエチルエーテル錯体(0.05mL)を加え、室温で、アルゴン下で14時間撹拌した後、反応系にクロラニル(2.0g,7.25mmol)を加え、さらに2時間撹拌した。次いで、溶液の量が100mL程度になるまで溶媒を留去して濃縮し、アルミナカラムクロマトグラフィー(塩化メチレン/エタノール=20/1)により精製し、さらにシリカゲルカラムクロマトグラフィー(塩化メチレン/エタノール=20/1)により2番目のフラクションを集めた。これをサイズ排除クロマトグラフィー(トルエン)にかけ、2番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去することで赤色オイル上液体として目的の化合物[2TEG]を得た(1.15g,0.801mmol,収率35%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
10.29 (s, 2H, meso-H), 9.37 (d, 4H, pyrrole-β-H),
9.12 (d, 4H, pyrrole-β-H), 7.51 (s, 4H, Ar),
4.51-4.48 (m, 4H, OCH2CH2(OCH2CH2)2OCH3),
4.34-4.31 (m, 8H, OCH2CH2(OCH2CH2)2OCH3),
4.05-3.32 (m, 60H, OCH2CH2(OCH2CH2)2OCH3),
3.22-3.20 (m, 12H, OCH2CH2(OCH2CH2)2OCH3),
-3.16 (s, 2H, NH);
MALDI−TOF−MS m/z
C74H106N4O24として、計算値:(M+) 1434.72,
実測値: 1434.69;
UV−vis (CHCl3): λmax 415,511,543nm.
次に示す反応式にしたがって、標記化合物[3]を製造した。
1H−NMR (CDCl3) δ:
6.71 (s, H, Ar), 4.12-4.07 (m, 6H, OCH2(CH2)10CH3),
3.83-3.37 (m, 30H, OCH2(CH2)10CH3),
3.36 (s, 9H, OCH2(CH2)10CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C27H47BrO12として、計算値:(M+) 643.23,
実測値: 643.23.
次に示す反応式にしたがって、標記化合物[4]を製造した。
氷浴により0℃に冷却した化合物[2C12](2.53g,1.61mmol)のクロロホルム溶液(900mL)に、N−ブロモスクシンイミド(NBS;287mg,1.61mmol)のクロロホルム溶液(100mL)を滴下し、滴下後に室温にて1時間撹拌した。反応系を減圧下で溶媒留去し、アルミナクロマトグラフィー(塩化メチレン/ヘキサン=1/1)にて精製し、さらにシリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/ヘキサン=1/1)により1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒を留去した。残留物をクロロホルム(300mL)に溶解し、この溶液に酢酸亜鉛の飽和メタノール溶液を10mL加え、室温で12時間撹拌した。反応系を水洗し、無水硫酸ナトリウムで脱水、乾燥し、減圧下で溶媒を留去した。残留物に無水1,2−ジクロロエタン(80mL)を加えて溶解し、アルゴン下にて[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリド(122mg,0.15mmol)、4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(960mg,7.50mmol)、及びトリエチルアミン(1mL)を加え、凍結脱気を行ったのち、80℃で、アルゴン下で12時間撹拌した。これをトルエンで抽出し、水洗、無水硫酸ナトリウムにて脱水、乾燥を行い、減圧下で溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィー(クロロホルム/ヘキサン=1/1)で精製し、1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去した。残留物のトルエン/DMF溶液(体積比3/2、55mL)に対し、アルゴン下にて1−ブロモ−3,4,5−トリドデシルオキシベンゼン(1.62g,2.28mmol)(K. Mullen et al., J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 177.)、テトラキストリフェニルホスフィノパラジウム(263mg,0.228mmol)及び炭酸セシウム(803mg,2.28mmol)を加え、凍結脱気を行ったのち、80℃で、アルゴン下で12時間撹拌した。トルエンにより抽出し、水洗、無水硫酸ナトリウムにて脱水、乾燥を行い、減圧下で溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィー(クロロホルム/ヘキサン=1/1)で精製し、1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去した。残留物をさらにサイズ排除クロマトグラフィー(トルエン)にかけ、2番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒を留去することで赤色で粘り気のある液体として目的の化合物[4C12]を得た(1.75g,0.774mmol,収率39%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
10.24 (s, 1H, meso-H), 9.38 (d, 2H, pyrrole-β-H),
9.18 (d, 2H, pyrrole-β-H), 9.09-9.05 (m, 4H, pyrrole-β−H),
7.43 (s, 4H, Ar), 7.40 (s, 2H, Ar),
4.32-4.02 (m, 18H, OCH2(CH2)10CH3),
1.99-1.19 (m, 180H, OCH2(CH2)10CH3),
0.88-0.78 (m, 27H, OCH2(CH2)10CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C146H240N4O9Znとして、計算値:(M+) 2257.77,
実測値: 2257.18;
UV−vis (CHCl3): λmax 421,546,585nm.
氷浴により0℃に冷却した化合物[2TEG](1.89g,1.32mmol)のクロロホルム溶液(100mL)に、NBS(230mg,1.30mmol)のクロロホルム溶液(100mL)を滴下し、滴下後に室温にて10時間撹拌した。反応系を減圧下で溶媒を留去し、アルミナクロマトグラフィー(塩化メチレン/エタノール=20/1)にて精製し、さらにシリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/エタノール=20/1)により1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒を留去した。残留物をクロロホルム(150mL)に溶解し、酢酸亜鉛の飽和メタノール溶液を8mL加え、室温で5時間撹拌した。反応系を水洗し、無水硫酸ナトリウムで脱水、乾燥し、減圧下で溶媒を留去した。残留物を無水1,2−ジクロロエタン(40mL)に溶解し、アルゴン下にて[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリド(61.3mg,0.0751mmol)、4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(0.512g,4.00mmol)、及びトリエチルアミン(0.41mL)を加え、凍結脱気を行ったのち、80℃で、アルゴン下で12時間撹拌した。トルエンにより抽出し、水洗、無水硫酸ナトリウムにて脱水、乾燥を行い、減圧下で溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/アセトン=1/1)で精製し、1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去した。残留物のトルエン/DMF溶液(体積比1/3、20mL)に対し、アルゴン下にて3、テトラキストリフェニルホスフィノパラジウム(115mg,0.0995mmol)及び炭酸セシウム(509mg,1.44mmol)を加え、凍結脱気を行ったのち、80℃で、アルゴン下で12時間撹拌した。トルエンにより抽出し、水洗、無水硫酸ナトリウムにて脱水、乾燥を行い、減圧下で溶媒留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィー(クロロホルム/ヘキサン=1/1)で精製し、1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去した。残留物をさらにサイズ排除クロマトグラフィー(トルエン)にかけ、2番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒を留去することで赤色オイル状液体として目的の化合物[4TEG]を得た(1.01g,0.490mmol,収率37%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
10.17 (s, 1H, meso-H), 9.34 (d, 2H, pyrrole-β-H),
9.09 (d, 2H, pyrrole-β-H), 8.98-8.94 (m, 4H, pyrrole-β-H),
7.54 (s, 4H, Ar), 7.50 (s, 2H, Ar),
4.54-4.46 (m, 6H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3),
4.35-4.26 (m, 12H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3),
4.06-3.38 (m, 90H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3),
3.11-2.67 (m, 27H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C101H151N4O36Znとして、計算値:(MH+) 2059.94,
実測値: 2059.86;
UV−vis (CHCl3): λmax 421,461,550nm.
次に示す反応式にしたがって、標記化合物[5]を製造した。
氷浴により0℃に冷却した化合物[4C12](183mg,0.0809mmol)のクロロホルム溶液(33mL)に、ピリジン(0.15mL)を加え、NBS(14.4mg,0.0809mmol)のクロロホルム溶液(20mL)を滴下し、滴下終了後に室温にて1時間撹拌した。反応系を減圧下で溶媒を留去し、アルミナクロマトグラフィー(クロロホルム)にて精製し、さらにシリカゲルクロマトグラフィー(クロロホルム)により1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去し、赤紫色の粘り気のある液体として目的の化合物[5C12]を得た(180mg,0.0769mmol,収率96%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
9.75 (d, 2H, pyrrole-β-H), 9.08 (d, 2H, pyrrole-β-H),
8.99 (s, 4H, pyrrole-β-H), 7.38 (s, 4H, Ar), 7.35 (s, 2H, Ar),
4.31-4.01 (m, 18H, OCH2(CH2)10CH3),
1.99-1.19 (m, 180H, OCH2(CH2)10CH3),
0.88-0.79 (m, 27H, OCH2(CH2)10CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C146H239BrN4O9Znとして、計算値:(M+) 2335.68,
実測値: 2335.44;
UV−vis (CHCl3): λmax 430,558,601nm.
化合物[5C12]の無水1,2−ジクロロエタン溶液(8mL)に、アルゴン下にて[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリド(5.7mg,0.00805mmol)、4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン(51.5mg,0.40mmol)、及びトリエチルアミン(0.03mL)を加え、凍結脱気を行ったのち、80℃で、アルゴン下で12時間撹拌した。トルエンにより抽出し、水洗、無水硫酸ナトリウムにて脱水、乾燥を行い、減圧下で溶媒を留去した。これをシリカゲルクロマトグラフィー(クロロホルム/ヘキサン=1/1)で精製し、1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去し、赤紫色の粘り気のある液体として目的の化合物[6C12]を得た(155mg,0.0649mmol,収率84%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
9.88 (d, 2H, pyrrole-β-H), 9.16 (d, 2H, pyrrole-β-H),
9.04 (s, 4H, pyrrole-β-H), 7.41 (s, 4H, Ar), 7.39 (s, 2H, Ar),
7.39 (s, 2H, Ar), 4.31-4.02 (m, 18H, OCH2(CH2)10CH3),
2.00-1.20 (m, 180H, OCH2(CH2)10CH3),
0.91-0.80 (m, 27H, OCH2(CH2)10CH3),
0.07-0.05 (t, 12H, C(CH3)2);
MALDI−TOF−MS m/z
C152H251BN4O11Znとして、計算値:(M+) 2383.86,
実測値: 2383.52;
UV−vis (CHCl3): λmax 425,551nm.
氷浴により0℃に冷却した化合物[4TEG](190mg,0.092mmol)のクロロホルム溶液(37mL)に、ピリジン(0.15mL)を加え、NBS(16.4mg,0.092mmol)のクロロホルム溶液(20mL)を滴下し、滴下終了後に室温にて1時間撹拌した。反応系を減圧下で溶媒を留去し、アルミナクロマトグラフィー(塩化メチレン/エタノール=20/1)にて精製し、さらにシリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/エタノール=20/1)により1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒を留去し、赤紫色のオイル状液体として目的の化合物[5TEG]を得た(156mg,0.0729mmol,収率79%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
9.70 (d, 2H, pyrrole-β-H), 8.99 (d, 2H, pyrrole-β-H),
8.88 (s, 4H, pyrrole-β-H), 7.48 (d, 6H, Ar),
4.51-4.46 (m, 6H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3),
4.33-4.27 (m, 12H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3),
4.04-2.77 (m, 90H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3),
3.40, 3.39 (s x 2, 9H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3),
2.66, 2.63 (s x 2, 18H, OCH2CH2(OCH2CH2)20CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C101H150BrN4O36Znとして、計算値:(MH+) 2137.8,
実測値: 2137.9;
UV−vis (CHCl3): λmax 430,560,601nm.
次に示す反応式にしたがって、標記化合物[7C12−TEG]を製造した。
1H−NMR (CDCl3) δ:
9.11-9.04 (m, 4H, pyrrole-β-H), 9.03-8.99 (m, 4H, pyrrole-β-H),
8.71 (d, 2H, pyrrole-β-H), 8.66 (d, 2H, pyrrole-b-H),
8.05 (d, 2H, pyrrole-β-H), 8.03 (d, 2H, pyrrole-β-H),
7.60 (s, 2H, Ar), 7.53 (s, 4H, Ar), 7.49 (s, 2H, Ar), 7.40 (s, 4H, Ar),
4.56-2.44 (m, 153H, (OCH2CH2)3OCH3 and
OCH2(CH2)10CH3),
1.99-1.15 (m, 180H, OCH2(CH2)10CH3),
0.89-0.77 (m, 27H, OCH2(CH2)10CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C247H389N8O45Zn2として、計算値:(MH+) 4315.70,
実測値: 4315.50;
UV−vis (CHCl3):
λmax(ε) 426,462,566,607nm.
次に示す反応式にしたがって、標記化合物[1C12−TEG]を製造した。
化合物[7C12−TEG](50mg,0.0116mmol)の脱水トルエン溶液(21mL)に、DDQ(13.1mg,0.0579mmol)、及びスカンジウムトリフラート(39.9mg,0.0810mmol)を加え、室温、アルゴン下で3時間撹拌した。反応系をシリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/アセトン=3/2)で精製し、2番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去した。残渣をさらに高速液体クロマトグラフィー(JAIGEL SIL SH043−10カラム、塩化メチレン/エタノール=25/1、流速7.5mL・min−1)により精製し、2番目のフラクションを分取し、減圧下で溶媒留去することで、粘り気のある青みがかった黒色の固体として目的の化合物[8C12−TEG]を得た(32.5mg,7.54μmol,収率65%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
7.76 (d, 2H, pyrrole-β-H), 7.67 (t, 4H, pyrrole-β-H),
7.58 (d, 2H, pyrrole-β-H), 7.29 (s, 4H, pyrrole-β-H),
7.09 (s, 4H, Ar), 7.04 (s, 2H, Ar), 6.96, 6.95 (s x 2, 6H, Ar),
4.40-2.96 (m, 153H, (OCH2CH2)30CH3 and
OCH2(CH2)10CH3),
1.91-1.20 (m, 180H, OCH2(CH2)10CH3),
0.90-0.79 (m, 27H, OCH2(CH2)10CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C247H385Zn2N8O45として、計算値:(MH+) 4311.66,
実測値: 4311.41;
UV−vis (CHCl3):
λmax 422,464,585,943,1072nm.
化合物[8C12−TEG](29mg,6.72mmol)のクロロホルム溶液(20mL)に、塩酸/メタノール溶液(体積比1/1、3mL)を加え、室温で2時間撹拌した。反応系を水洗し、さらに飽和重曹水、飽和食塩水で洗い、無水硫酸ナトリウムにて脱水、乾燥を行い、減圧下で溶媒を留去した。残留物のクロロホルム溶液(20mL)に、酢酸銅(II)飽和メタノール溶液(1mL)を加え、室温で12時間撹拌した。反応系を水洗し、無水硫酸ナトリウムにて脱水、乾燥を行い、減圧下で溶媒を留去した。残留物をシリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/エタノール=20/1)で精製し、1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去した。残渣をさらに高速液体クロマトグラフィー(JAIGEL SIL SH043−10カラム、塩化メチレン/エタノール=25/1、流速7.5mL・min−1)により精製し、2番目のフラクションを分取し、減圧下で溶媒留去することで、粘り気のある赤みがかった茶色の固体として目的の化合物[1C12−TEG]を得た(24mg,5.56mmmol,収率83%)。
元素分析:
C247H384Cu2N8O45として、
計算値: C,68.79; H,8.97; N,2.60.
実測値: C,68.10; H,9.46; N,2.43.
MALDI−TOF−MS m/z
C247H385Cu2N8O45として、
計算値:(MH+) 4309.67,
実測値: 4309.85;
UV−vis (CHCl3):
λmax (ε) 414(167000),579(150000),
991(36800)nm.
次に示す反応式にしたがって、標記化合物[9C12−TEG]を製造した。
1H−NMR (CDCl3:65℃) δ:
7.68-7.64(t,4H,pyrrole-β-H), 7.60-7.57(t,4H,pyrrole-β-H),
7.27(d,4H,pyrrole-β-H),7.05,7.03(s x 2,6H,Ar),
6.98,6.96(s x 2,6H,Ar),
4.41-3.24(m, 153H,(OCH2CH2)3OCH3 and
OCH2(CH2)10CH3),
1.92-1.22(m,182H,OCH2(CH2)10CH3 and NH),
0.95-0.81(m,27H,OCH2(CH2)10CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C247H389N8O45(MH+)として、計算値:4187.8,
実測値:4188.2;
UV−vis(CHCl3):
λmax 414,488,568,1042,1079nm.
次に示す反応式にしたがって、標記化合物[9C12]を製造した。
実施例1の(3−1)で製造した化合物[4C12](50mg,0.0116mmol)の脱水トルエン溶液(60mL)に対し、DDQ(115mg,0.509mmol)およびスカンジウムトリフラート(350mg,0.712mmol)を加え、室温、アルゴン下で12時間撹拌した。反応系をシリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/ヘキサン=2/3)で精製し、1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去した。残渣をさらに高速液体クロマトグラフィー(JAIGEL SIL SH043−10カラム、塩化メチレン/ヘキサン=2/3、流速7.5 mL min−1)により精製し、1番目のフラクションを分取し、減圧下で溶媒留去することで、粘り気のある青みがかった黒色の化合物として目的の化合物[8C12]を得た(85.0mg,0.0188mmol,収率37%)。
1H−NMR (CDCl3) δ:
7.78(d,4H,pyrrole-β-H),7.70(d,4H,pyrrole-β-H),
7.34(s,4H,pyrrole-β-H),6.96(d,12H,Ar),
4.20-3.94(m,36H,OCH2(CH2)10CH3),
1.94-1.19(m,360H,OCH2(CH2)10CH3),
0.90-0.79(m,54H,OCH2(CH2)10CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C292H475N8O18Zn2として、計算値:(MH+) 4510.51,
実測値: 4510.10;
UV−vis (CHCl3):
λmax 423,463,586,944,1073nm.
前記で製造した化合物[8C12](65mg,14.4μmol)のクロロホルム溶液(20mL)に対し塩酸/メタノール溶液(体積比1/1、5mL)を加え、室温で2時間撹拌した。反応系を水洗し、さらに飽和重曹水、飽和食塩水で洗い、無水硫酸ナトリウムにて脱水、乾燥を行い、減圧下で溶媒留去した。残留物をシリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/ヘキサン=2/3)で精製し、1番目のフラクションを集め、減圧下で溶媒留去することで、粘り気のある赤色の化合物として[9C12]を得た(58mg,13.2μmmol,収率92%)。
1H−NMR (CDCl3:65℃) δ:
7.67(d,4H,pyrrole-β-H),7.61(d,4H,pyrrole-β-H),
7.27(s,4H,pyrrole-β-H),6.97(d,12H,Ar),
4.22-3.97(m,36H,OCH2(CH2)10CH3),
1.95-1.22(m,364H,OCH2(CH2)10CH3 and NH),
0.92-0.80(m,54H,OCH2(CH2)10CH3);
MALDI−TOF−MS m/z
C292H479N8O18として、計算値:(MH+) 4386.7,
実測値: 4387.9;
UV−vis(CHCl3):
λmax 415,489,569,1045,1083nm.
実施例1で製造した化合物[1C12−TEG]を石英板上にのせ、120℃に加熱してメルトさせ、室温まで徐冷して液晶フィルムを作成した。このサンプルに355nmのレーザーを照射しキャリアを発生させて、過渡吸収(TAS)スペクトルを測定した。結果を図1に示す。図1の縦軸は吸収量(a.u.)を示し、横軸は波長(nm)を示す。この結果、620nmに吸収ピークを持つ化合物[1C12−TEG]の一電子還元体の発生が確認された(図1参照)。
次に、キャリアを発生させた状態のフィルムにマイクロ波を照射し、その吸収を利用して伝導度(Time-Resolved Microwave Conductivity;TRMC)を測定した。結果を図2に示す。図2の縦軸は伝導度(10−4cm2/Vs)を示し、横軸は時間(ミリ秒)を示す。この値と過渡吸収スペクトルの同時測定から算出した電子濃度の比から電子移動度を0.09cm2/V・s(一次元の電子移動度0.27cm2/V・s)と求めた。この移動度は本発明と同じ方法で測定した従来の液晶性n型有機導電体の電子移動度の最高値である非特許文献2のベリレン誘導体の電子移動度0.011cm2/V・s(一次元の電子移動度0.27cm2/V・s)と比較して十分に大きい値であることがわかる。
実施例1で製造した化合物1C12−TEG:、及び実施例2で製造した化合物9C12−TEG:について、それぞれの液晶温度範囲を測定した。液晶温度範囲はMettler社製DSC 822eを用いて走査速度10℃/分で測定した。その結果、液晶相の温度範囲はそれぞれ以下の通りであった。
化合物1C12−TEG:昇温時−17℃から99℃; 降温時70℃から−20℃
化合物9C12−TEG:昇温時−17℃から74℃; 降温時38℃から−20℃
これらの結果から、本発明の化合物が室温付近において液晶性をしめすことが確認された。
Claims (8)
- 下記の一般式[1]
で表される完全縮環ポルフィリン二量体よりなる液晶性n型有機導電体材料。 - Mで表される金属元素が、Cu、Ni、又はCoである請求項1に記載の液晶性n型有機導電体材料。
- Mで表される金属元素が、Cuである請求項1又は2に記載の液晶性n型有機導電体材料。
- R1が、−O(CH2CH2O)nCH3を表し(但し、nは1から6の整数を表す。)、R2における−OR3のR3が炭素数10から18の直鎖状のアルキル基である請求項1〜3のいずれかに記載の液晶性n型有機導電体材料。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の液晶性n型有機導電体材料を用いた有機光電子デバイス。
- 有機光電子デバイスが、電界効果トランジスタ、EL素子、又は太陽電池である請求項5に記載の有機光電子デバイス。
- 下記の一般式[1]
で表される完全縮環ポルフィリン二量体。 - Mで表される金属元素が、Cu、Ni、又はCoである請求項7に記載の完全縮環ポルフィリン二量体。
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